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摘 要

本文采用微反应器-共沉淀法制备了LiCoPO₄正极材料，并对LiCoPO₄进行了碳包覆改性研究，再用X射线衍射（XRD）、电感耦合等离子体（ICP）、扫描电镜（SEM）、场发射电镜（FESEM）、透射电镜（TEM）分析了材料的物相组成和形貌，进一步采用了新威充放电仪器、电化学工作站等对样品进行了充放电测试、循环伏安法（CV）以及交流阻抗（EIS）表征测试。

高温下采用上述前驱体固相烧结合成出的LiCoPO₄尺寸在200 nm左右，煅烧温度为650 ℃时，首次放电比容量最佳，为112.5 mAh g^-1。碳包覆改性之后，从TEM图中可以看出颗粒包覆了一层均匀的碳层，明显提升了材料的首次放电比容量和循环性能，在650 ℃煅烧温度下制备的LiCoPO₄/C复合材料，首次放电比容量达到139 mAh g^-1，经过15个循环后剩下62 mAh g^-1。

实验中对LiCoPO₄单一材料进行Li₃PO₄掺杂，发现2.1wt%质量的Li₃PO₄掺杂明显提升了材料的性能，材料的首次放电比容量提升到了154 mAh g^-1。磷酸锂掺杂对于材料的形貌并没有大的影响，颗粒的尺寸依然是200 nm左右。通过对掺杂磷酸锂过后的材料进行交流阻抗测试，发现材料的电荷传导得到了增强。对掺杂的材料进行碳包覆改性，发现材料的电化学性能降低了。不过，材料的循环性能得到了一定程度上的改善，但是总体而言，循环性能还是较差。

关键词：锂离子电池 LiCoPO₄ 正极材料 微流体控制 共沉淀法

ABSTRACT

LiCoPO₄ cathode material is prepared by microfluidic fluid and co-precipitation method and its property was further explored by carbon coating. The prepared samples were characterized by X ray diffraction (XRD), inductively coupled plasma (ICP), scanning electron microscope (SEM), field emission scanning electron microscopy (FESEM), transmission electron microscopy (TEM) and corresponding electrochemical tests such as cyclic voltammetry(CV), ac impedance(EIS) and so on.

LiCoPO₄ was prepared by high temperature solid state method with the precursor. The results show that the average particle size of prepared LiCoPO₄ is about 200 nm and the best first discharge capacity, 112.5 mAh g^-1, was obtained for the sample calcined at 650 ℃. After carbon coating, a uniform layer of carbon was observed on the particles from the TEM image. And the first discharge capacity and cycle performance are promoted obviously. The first discharge capacity of LiCoPO₄/C composite calcined at 650 ℃ reaches 139 mAh g-1 and the capacity remains at 62 mAh g-1 after 15 cycles.

After using Li₃PO₄ doped LiCoPO₄, we found that 2.1wt% Li₃PO₄ effectively improved the performance of the material. The first discharge capacity of LiCoPO₄ reached 154 mAh g^-1. After ac impedance test, we found that the electron conductivity gets enhanced. Merely, the electrochemical property damped with carbon coating. But on the whole, the cycle performance improved.

KEYWORDS: Li-ion battery；LiCoPO₄；Cathode material；Micro-reactor；Co-precipitation method

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 电池的发展历程 1

1.3 锂离子电池的简介 2

1.3.1 锂离子电池的工作原理 2

1.3.2 锂离子电池的优缺点 3

1.4 锂离子电池正极材料 3

1.5 LiCoPO₄正极材料的国内外研究进展 4

1.6 本论文研究背景和研究内容 4

1.6.1 研究背景 4

1.6.2 研究内容 4

第二章 实验方法 5

2.1 前言 5

2.2 主要实验试剂和实验设备 5

2.2.1 实验试剂 5

2.2.2 实验设备 6

2.3 材料的制备 6

2.3.1 前驱体的制备 6

2.3.2 LiCoPO₄以及LiCoPO₄/C材料的制备 7

2.4 材料的表征 7

2.4.1 物相分析 7

2.4.2 形貌分析 8

2.4.3 TG-DSC分析 8

2.4.4 包碳量分析 8

2.5 材料的电化学性能分析 9

2.5.1 电极的制备以及扣式电池的组装 9

2.5.2电化学性能测试 10

第三章 微流控流体制备LiCoPO₄正极材料前驱体 11

3.1 引言 11

3.2 前驱体的沉淀反应机理 12

3.3 前驱体的制备研究 12

3.3.1 微反应器合成Li₃PO₄沉淀 12

3.3.2微反应器合Co₃(PO₄)₂沉淀 13

3.4 共沉淀法合成LiCoPO₄正极材料前驱体 15

3.4.1 锂盐浓度对于前驱体的影响 15

3.4.2水浴法前驱体除杂研究 19

3.5 本章小结 23

第四章 固相法制备LiCoPO₄ 24

4.1 引言 24

4.2 LiCoPO₄的制备工艺 24

4.3 前驱体的TG-DSC分析 24

4.4 煅烧温度对于材料的电化学影响 25

4.4.1 物相分析 25

4.4.2 形貌分析 26

4.4.3 电化学性能分析 27

4.5 煅烧时间对于材料的电化学影响 28

4.5.1 物相分析 28

4.5.2 形貌分析 29

4.5.3 电化学性能分析 30

4.6 碳包覆改性对于LiCoPO₄的性能研究 31

4.6.1 物相分析 31

4.6.2 形貌分析 32

4.6.3 电化学性能分析 34

4.7 本章小结 35

参考文献 36

第一章 文献综述

1.1 引言

化石能源的使用消耗，产生了大量有害的气体和可吸入颗粒粉尘等有害物质。大气中二氧化碳的增加，破坏了臭氧层，使得全球气候变暖，引起了大气环流的改变，这都可能导致世界各地区域气候灾害。硫氧化物或氮氧化物的产生，在大气中发生了一系列的化学反应，最终形成酸雨，污染了土壤，还腐蚀了一系列建筑。

不可再生化石能源的枯竭及其带来的环境污染问题，使得人们对于可再生资源的开发和利用越来越重视。可再生资源有如太阳辐射能，风能，水能，热量、水分、空气，地质能，核能，土地资源等，它们能在一定时间内被反复使用。但是大多数可再生资源存在很大的局限性，比如太阳能，一定要有阳光才行，在阴天下无法使用；比如风能，一定要风大的地方才可以使用，比如水能，一定要水资源丰富等等一系列问题。

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