Li-Fe复合氧化物负极材料制备与工业化应用研究

高速发展的便携消费电子、电动汽车和智能电网储能电池市场加速了对高性能锂离子电池的需求,特别是高能量密度、高功率密度、低成本和长循环寿命的锂离子电池。开发新型锂离子电池正负极材料成为解决这些问题的主要方向之一。诸多科学家在寻找新型负极材料上做了许多努力。铁基氧化物由于比容量高、原材料丰富和成本低廉,成为其中一种重要的具有潜在应用价值的新型负极材料,受到诸多科学家的青睐。本论文内容涉及自催化反向原子转移自由基聚合制备Li-Fe复合氧化物负极材料、Li-Fe复合氧化物负极材料商业化应用开发包括性能优化和工艺优化、硫化铜(CuS)负极材料固液法制备与表征等。 在论文第一章绪论中,作者简要地回顾了电池的发展历史,介绍了锂离子电池的原理与生产工艺,重点介绍了负极材料特别是过渡金属氧化物的研究现状,最后简要地提出了本论文的研究目标和方法。 在第二章中,扼要地介绍本论文中主要用到的实验仪器和药品,详细介绍了实验中使用到的测试扣式电池的制备过程,以及主要的电化学和结构测试手段。 在第三章中,利用自催化反向原子转移自由基聚合的方法制备出Li-Fe复合氧化物。在本课题组已经开发的丙烯酸热聚合和辐照凝胶聚合的方法以及反向原子转移自由基聚合基础上探索出自催化反向原子转移自由基聚合法制备Li-Fe复合氧化物。与热聚合和辐照凝胶聚合相比较,该合成方法不需要引发的热源和辐射源,能耗低,工艺简单、成本低。与反向原子转移自由基聚合相比较,不需要引入有毒的引发剂和催化剂,合成过程绿色。该方法为工业界大规模制备纳米Li-Fe复合氧化物提供了一种可能的途径,较其他凝胶聚合法具有很好的普适性。 针对Li-Fe复合氧化物首次库伦效率低、能量效率低的问题以及工业生产中负极采用用水性胶黏剂工艺的实际情况,在第四章里采用将Li-Fe复合氧化物与石墨混合形成混合电极的方法来提高电极的首次库伦效率,并对电极配方进行了优化。经过优化,电极的首次库伦效率可达82.0%。同时还开发了Li-Fe复合氧化物与石墨混合电极的水性胶黏剂工艺,同时对电极配方进行了进一步优化,使用水性胶黏工艺的混合电极首次库伦效率可达到87.7%。 在第五章中,我们采用固液法合成了六角花状结构的CuS,并对CuS的电化学性能进行了表征与分析。 在最后,对本论文的创新和不足作了简要总结,并对今后可能的研究方向提出了一些建议。