关键词： 激光调阻机   C8051F410   磷酸铁锂电池   分布电容  

摘要： 我国的制造业长期以来处于全球制造链的低端，随着低端产品生产能力的过剩，产业升级成为迫在眉睫的任务。在中国的电子产业产品升级过程中，激光调阻机是重要装备之一。 激光调阻机的作用是用于薄膜电阻和厚膜电阻的阻值调整。由于厚薄膜电阻制作工艺自身的特征，它的阻值在生产制造时不可避免的会有较大的误差，为保证实际电路的精确度，必须对厚膜电阻进行调阻，而激光调阻机就是一种十分理想的对厚膜电阻进行修调的自动化加工设备。 电源系统是激光调阻机的重要组成部分，为整个激光调阻机各部分提供一次电源，各子系统再通过二次稳压、滤波电路来减少电源纹波，提高电源精度，在保证检测精度和系统稳定性的前提下得到各自所需的电源。本课题设计的高洁净电源主要为恒流源模块供电，电源输出的纹波和电路的分布电容影响调阻的精度和稳定性。 本文首先介绍了激光调阻机开尔文连接测试的基本原理与方法、和激光调阻机主要组成部分的功能。激光调阻机是高精密仪器，因为各主要组成部分工作时会对电源产生影响，因此提高电源的隔离能力很重要。高洁净电源系统主要由主控模块、电源模块、电池模块和通信模块组成。主控模块主要控制继电器的闭合，实现电源模块和电池模块之间的切换、D/A电流输出可以实现输出电压可调；电源模块在激光调阻机非工作状态时，为整个电路供电并为电池模块充电；电池模块在激光调阻机工作状态时，为恒流源模块电路供电，以此实现最小电路分布电容，达到电源的要求；通信模块实现与计算机的通信，以此实现输出电压大小、输出电压时间的设定。最后对高洁净电源进行了测试和数据分析。

关键词： 磷酸铁锂   煅烧制度   碳包覆   还原性气氛   电化学性能  

摘要： 碳包覆是提高水热合成磷酸铁锂电导率的重要步骤。碳源及包覆工艺对碳包覆层和LiFePO4/C的物化性能有较大影响。选取葡萄糖、蔗糖和PEG6000（PEG6000）等碳源对磷酸铁锂进行碳包覆。利用热分析仪（TG-DTA）研究碳源及其在磷酸铁锂表面的热行为。采用X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和电化学性能测试仪研究碳包覆对LiFePO4/C性能的影响。 磷酸铁锂浆料的洗涤是碳包覆的前序工艺，考察洗涤用水量及洗涤次数对磷酸铁锂中硫酸根含量和电化学性能的影响。结果表明，单次洗涤用水量m1:浆料质量m2=2:1，洗涤两次，洗涤效果最好。 碳源单独碳化和在磷酸铁锂表面的碳化过程明显不同。磷酸铁锂对碳源碳化起催化作用，使起始碳化温度降低8%以上。对于三种选定的碳源（葡萄糖、蔗糖、PEG6000），失重主要发生在400℃之前。依据TG-DTA曲线确定了关键的煅烧温度点。研究了煅烧温度、升温速度和保温时间对LiFePO4/C电化学性能的影响，制定出了最佳的煅烧工艺：以8℃/min的升温速度升至350℃后保温2小时再以同样的速度升至700℃并保温4小时，自然冷却到室温。煅烧温度是影响LiFePO4/C电化学性能的最主要因素，它不仅影响碳层的石墨化程度还提高了磷酸铁锂的结晶度。 研究了碳包覆量对LiFePO4/C电化学性能的影响。结果表明，LiFePO4/C中碳含量为2wt.%左右时是最佳的碳层厚度，以PEG6000为碳源制备的LiFePO4/C表面碳网络均匀致密，表现出最高的容量和优异的倍率性能、循环性能、低温性能。 通过改变样品中和气氛中的水分含量考察气氛还原性对水热合成磷酸铁锂的碳包覆效果的影响。结果表明，煅烧过程中气氛还原性对LiFePO4/C电化学性能有一定的影响。水分含量越高气氛还原性越强，并影响磷酸铁锂材料表面的活性和包覆碳层的均匀性，导致LiFePO4/C电导率降低，电化学性能变差。 本文通过实验优化和理论分析探索出了最佳的碳包覆工艺。制备的LiFePO4/C复合材料表现出优异的电化学性能，即161.6（0.2C）、156.6（1C）和144.0mAh/g（3C），-20℃时的0.2C容量约为125mAh/g，与室温容量相比容量保持率高达78%。

关键词： 锂离子电池   磷酸铁锂   回收利用   过渡金属氧化物   石墨烯  

摘要： 磷酸铁锂(LiFePO4)作为新型锂离子电池正极材料已经开始产业化,但磷酸铁锂广泛应用后,将出现新的工程问题—磷酸铁锂电池的回收利用问题。本文研究了一种淬火回收利用磷酸铁锂电池的方法,回收合成的磷酸铁锂材料具有较好的电化学性能。回收制备的磷酸铁锂0.1C下首次充电容量可以达到150mAh/g。本文还利用更为简单、节能的方法回收磷酸铁锂,在回收过程中不需要除碳和高分子化合物。本文还研究了磷酸铁锂大批量制备工艺,其原料是以廉价的氧化铁为铁源、磷酸二氢铵为磷酸。得到磷酸铁锂粉体的一次颗粒尺寸在100nm以内,颗粒周围有碳纤维包覆。 本文研究了多种形貌纳米氧化铁的合成,一方面试图以该类氧化铁为前躯体研究磷酸铁锂的制备,另一方面试图通过碳包覆对氧化铁进行电化学性能的改善研究。本文通过调节磷酸二氢铵浓度及反应时间,制备了氧化铁的纳米管、纳米环、纳米棒等,并对纳米管的氧化铁进行了碳包覆改性研究。研究结果表明所得材料为核壳结构的Fe3O4/C复合材料,该材料的Fe304纳米管的长度为300-600nm,直径为100nm左右,碳膜的厚度在5nm左右。该核壳纳米管结构的Fe3O4/C复合材料在充放电中能保持稳定,因而相对于单纯的Fe3O4,该复合材料的电化学性能有明显的改善。在100mA/g电流密度下,经过120次循环后,Fe3O4/C的容量仍然保持在700mAh/g。 本文尝试以石墨烯(G)为三维导电网络来改善NiO的电化学性能,并成功合成了NiO/石墨烯(NiO/G)复合材料。研究发现,NiO纳米片均匀的镶嵌在石墨烯片层上,而石墨烯呈现出一种三维的网络结构；镶嵌在石墨烯上的氧化镍纳米片直径在30-60nm,厚度在5nm左右,而且呈现出多孔结构。在100mA/g电流密度下,经过60次循环,单纯的NiO仅有不到100mAh/g的比容量,而NiO/石墨烯仍能保持300mAh/g。

关键词： LiFePO4   掺杂   低温性能   高能量密度   加工性能   批量制备  

摘要： 橄榄石型磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料因为循环稳定性好,安全性可靠以及价格低廉等优点成为目前学术界和产业界共同关注的焦点。然而目前工厂实用化LiFePO4材料存在低温性能、能量密度低以及加工性能差等问题。 以Co, Mn, Ni, Zn的醋酸盐通过两步固相法制备LiFe0.98M0.02PO4掺杂正极材料来研究Fe位体相掺杂对磷酸铁锂低温性能的影响。根据电化学性能测试结果显示,而低温下掺Co的样品性能最好,这与Co占据了对应的Fe位,削弱了该橄榄石结构,使锂离子更易进出有关。 分别以FePO4·2H2O、Mn(CH3COO)2·4H2O为铁和锰源,LiOH·H2O为锂源,(NH4)H2PO4为补充磷源,先通过球磨混料与喷雾干燥获得前躯体。前驱体在N2/C2H2气氛进行化学气相沉积(CVD,450℃)及不同烧结温度下原位固相反应得到高能量密度的碳纳米纤维包覆LiMn0.6Fe0.4PO4复合材料,结果表明,600℃下烧结的LiMn0.6Fe0.4PO4/CNF正极材料表现出最佳的循环性能,1C下250次循环后仍然有98.1mAh/g的比容量。 以Li2CO3原料体系替换LiOH并通过高能球磨及喷雾干燥工艺在摇摆炉700℃烧结温度下制备了5Kg级别的掺杂样品,来解决LiOH原料体系带来的加工性能差问题。该工艺制备的掺杂样品结晶性好,产品粒径均匀分布。恒电流充放电测试结果表明,掺F工艺制备的样品LFP-F相比LFP-F,Mg和LFP样品性能最好,首次放电容量达到145.1mAh/g,1C倍率50次循环后,容量仍然有120.4mAh/g.

关键词： 磷酸铁锂   溶剂热合成   固相法  

摘要： 磷酸铁锂由于其较高的比容量,安全,环保,廉价等优点,作为锂离子电池的正极材料引起了研究者们的广泛关注,但是由于材料结构的问题,使得磷酸铁锂的电子导电率和离子扩散速率都极低,导致其倍率性能和循环性能较差。为了使磷酸铁锂可以实际应用到锂离子电池中,人们对其进行了大量的研究工作。本文主要采用溶剂热法和固相法分别合成出磷酸铁锂,并对其结构和电化学性能进行研究。 采用溶剂热法合成磷酸铁锂,研究结果表明,选用FeS04作为铁源,乙二醇作为溶剂时合成的样品颗粒较小且规则紧密排列,电化学性能较好,在反应物中加入3wt.%聚乙二醇和5wt.%吐温后分别合成出了血小板形和镂空球形这两种未见报道的特殊形貌颗粒,且相对于没有加表面活性剂的样品,电化学性能有所提高,对样品进行碳包覆后,原料中有5wt.%吐温合成的样品与60wt.%的葡萄糖混合煅烧后,虽然颗粒的特殊形貌没有得到保留,但是获得了较好的充放电电压平台,0.1C放电速率下初始放电比容量达到140mAh/g。 采用水杨酸辅助固相法合成磷酸铁锂,考察了水杨酸的添加量和煅烧温度对材料结构和电化学性能的影响。研究发现,纳米碳层均匀包覆在颗粒表面,得到了LiFePO4/C复合材料,随着水杨酸添加量的增多,样品颗粒不断减小,而煅烧温度对颗粒尺寸的影响并不明显。当水杨酸添加量在75wt.%,煅烧温度700℃时,材料的电化学性能最优,在0.2C放电速率下首次放电比容量达到154.6mAh/g,经过20个循环后放电容量154.1mAh/g,在放电电流5C时,放电容量仍然有105mAh/g。

关键词： LiFePO4   十二烷基磺酸钠   预碳化模板   乙二醇-水体系   回流工艺  

摘要： 本文在乙二醇-水体系，通过简单的回流工艺，以表面活性剂模板法制备了梭形纳米结构LiFePO4；创新性地采用预碳化模板法合成了自组装纺锤体形纳米结构LiFePO4。此外，实验通过XRD、SEM、TEM、FTIR等对样品进行表征，采用四探针法测试LiFePO4样品的电导率，通过电池测试系统对其电化学性能进行分析。 在乙二醇-水体系，以十二烷基磺酸钠（SDS）为模板，通过回流工艺合成了梭形纳米结构LiFePO4。考察了乙二醇/水比例，SDS用量以及P源对LiFePO4样品的结构、形貌和电化学性能的影响。研究表明：通过控制乙二醇/水比例（9:1～2:1）可以制得长轴为154～520nm，短轴为79～187nm，厚度为69～117nm的梭形纳米颗粒，且比例越高，梭形颗粒越小，实现了对颗粒尺寸的有效控制。SDS在合成梭形纳米结构LiFePO4时发挥了重要的模板作用，有利于制得形貌规整、尺寸均匀的梭形纳米颗粒；且显著提高了LiFePO4的电化学性能，0.2C倍率的首次放电容量可达到139.0mAh·g-1，比对比样提高了27.5%。H3PO4与（NH4）2HPO4的对比研究表明：H3PO4为磷源显著提高了LiFePO4的电化学性能。 在乙二醇-水体系，创新性采用预碳化模板法，通过“一锅回流法”制备了自组装纺锤体形纳米结构LiFePO4。研究表明：随葡萄糖预碳化模板浓度的升高，纺锤体形颗粒变大，电导率显著增加。通过调节模板浓度，可以制得长轴为0.56～1.54μm，短轴为0.18～0.53μm的自组装纺锤体形LiFePO4颗粒，且浓度越高，自组装纺锤体形颗粒越大；直接高温处理的自组装纺锤体形LiFePO4电导率为4.7×10-8～6.2×10-6S·cm-1，是对比样的1.6×102～2.1×104倍；葡萄糖二次碳包覆后，其电导率可达1.2×10-4～3.3×10-4S·cm-1，是对比样的4～10倍。另外，预碳化模板法显著提高了LiFePO4的电化学性能：直接高温处理的自组装纺锤体形LiFePO4在0.2C倍率的首次放电容量为122.9mAh·g-1，比对比样提高了21.3%；二次碳包覆后，首次放电容量为142.7mAh·g-1，比对比样提高了28.3%。此外，可溶性淀粉预碳化模板具有相似的作用，也可以制得自组装纺锤体形纳米结构LiFePO4；SDS-预碳化模板体系同样合成了自组装纺锤体形纳米结构LiFePO4，SDS、预碳化模板协同竞争地共同起到模板作用。基于不同时间的XRD和SEM分析，阐述了自组装纺锤体形纳米结构LiFePO4的合成机理。

关键词： 水溶液可充锂电池   正极材料   聚苯乙烯   磷酸铁锂   碳纳米管   三维大孔结构   碳包覆   复合材料   倍率性能  

摘要： 能源是支撑人类文明进步的物质基础,是现代社会发展不可或缺的基本条件。作为人类生存和发展的重要物质基础,煤炭、石油、天然气等化石能源支撑了19世纪到20世纪近200年来人类文明的进步和经济社会发展。然而,化石能源的不可再生性和人类对其的巨大消耗,使化石能源正在逐渐走向枯竭；从另一方面来看,由于化石能源的使用过程中会新增大量温室气体CO2,同时也产生了一些有污染的烟气,威胁全球生态。因而,开发更清洁的可再生能源是今后发展的方向。风能、太阳能等是这些新型可再生能源的代表,也是当今各个国家关注的热点。然而这些能源的输出强烈地依赖于自然条件,有些情况下与能量需求不匹配,因此需要一个可以削峰填谷的储能系统,在用电低谷时将电存储起来,用电高峰时再将电送出去,达到平衡电力负荷的目的。水溶液可充锂电池(简称为“水锂电”)安全无毒、长循环寿命、高功率、低成本使得它成为短距离电动汽车和太阳能、风能发电站的最合适的能量储存和转化装置之一。目前对水溶液可充锂电池正极材料的研究比较广泛,但是对于其电化学行为的研究还远远不够。因此,本论文利用电化学石英晶体微天平,对水溶液可充铿电池的几种正极材料进行了电化学行为的研究,并且合成了一种集多种优点于一身的磷酸铁锂/碳纳米管复合材料用于水溶液可充锂电池。并对其进行了一系列的表征,测试了其在水溶液电解质中的电化学性能,主要内容包括：首先利用电化学石英晶体微天平,对水溶液可充锂电池的几种正极材料进行了电化学行为的研究,通过Sauerbrey公式的计算得到,在锂盐电解质水溶液中,LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4三种材料在充放电过程中都与其在有机电解液一样进行着Li+的脱出和嵌入。然后通过模板法,合成了磷酸铁锂/碳纳米管复合材料,并对其电化学性能进行了研究,SEM结果显示为三维有序大孔结构,TEM结果清晰地显示了碳层的包覆和碳纳米管的掺杂。通过对比在水溶液中的电化学性能发现,复合材料在500mA g-1、1000mA g-1、2000mA g-1、5000 mA g-1、10000 mA g-1的电流密度下的放电容量分别高达114mAh g-1、110mAh g-1、105mAh g-1、99mAh g-1、94mAh g-1,显示出较好的倍率性能,这主要是碳纳米管和包覆碳层使材料本身电子导电性明显提高,三维多孔的结构使电解液更具浸润性,而组成孔壁的纳米粒子缩短了离子传递的路径,这样就加速了电荷转移反应,因此更有利并加快了大电流密度下锂离子的嵌入和脱出,从而使磷酸铁锂/碳纳米管复合材料表现出优异的倍率性能。在随后的快充慢放测试中,固定以3C的放电电流密度,以120 C、300 C、600 C不同的充电电流密度下进行充电,更加体现了材料的超快速充电性能。

关键词： 磷酸铁锂   滴落涂布   锂离子电池   正极材料   溶剂热合成   介晶材料  

摘要： 磷酸铁锂（LiFePO4）为新一代锂离子电池中最受关注的正极材料。随着小型电子电器、医疗器件以及大型存储设备、电动汽车等的快速发展,对微型锂离子薄膜电池和大型锂离子高功率电池的需求日益增大。针对磷酸铁锂正极材料本身电导率低下的问题,对高能量高功率的磷酸铁锂加碳薄膜和大面积多孔隙的磷酸铁锂介晶材料进行了制备与研究。 使用液相法制得的磷酸铁锂薄片晶体为原材料,通过滴落涂布法制备了高容量可调控的碳包覆LiFePO4薄膜。所制薄膜的厚度、碳含量、形貌以及组成原材料等均可以简单的通过更改滴落量、蔗糖水溶液的浓度和原材料的品种以及形貌来进行调控。薄膜中蔗糖热分解后生成的碳不仅作为导电剂而存在,也是保证锂离子电池薄膜材料稳定的至关重要的粘合剂,且对该薄膜材料的表观形貌、微观结构以及电化学性能有极大的影响。通过滴落涂布法制备的碳包覆LiFePO4/C薄膜材料可以直接装入电池使用,摒弃了传统方法中与导电剂和粘合剂混合的预处理过程。此滴落涂布法的优点在于：首先,蔗糖水溶液能够防止磷酸铁锂薄片材料的二次团聚,起到了很好的分散作用;其次,高温煅烧后,蔗糖热分解生成的碳能够均匀的包覆在磷酸铁锂薄片表面,形成了良好的导电包覆层;最后,多余的碳将已被均匀包覆的磷酸铁锂薄片材料互相连接起来,形成优良的导电网络结构,并将整个薄膜牢牢地固定在钛箔基体上面,完全摒弃了传统工艺中粘结剂的加入和使用。对不同碳含量的LiFePO4/C薄膜材料的电化学性能进行了研究,优化碳含量的最佳配比。所制得的碳包覆LiFePO4锂离子薄膜电池表现出了优异的锂离子脱嵌能力以及卓越的循环稳定性能,特别适合高能量高功率的锂离子薄膜微电池。此种种优异的电化学性能,都必须归功于该碳包覆LiFePO4薄膜材料的多孔结构、高比表面积、超薄的活性材料以及均匀的包覆碳层和导电网络。 在不使用任何添加剂或模板的情况下,采用溶剂热法成功制备了三维自组装分层结构的LiFePO4介晶材料。不同种类和不同比例的混合溶剂被用作溶剂热法合成的反应媒介,并通过改变混合溶剂的比例和反应物浓度,得到了由不同尺寸和形貌的磷酸铁锂微小结晶单元自组装而成的不同结构形状的LiFePO4介晶材料。研究了混合溶剂对LiFePO4介晶材料形貌和结晶度的影响,发现混合溶剂在LiFePO4介晶材料的合成与制备中起到了决定性作用并对LiFePO4介晶材料的形貌和组成单元的形成有至关重要的影响,不同比例的混合溶剂可以制得不同组成单元和不同形貌的LiFePO4介晶材料。对哑铃状和花状LiFePO4介晶材料的形成机理研究表明,LiFePO4介晶材料的形成可能遵循两个步骤：1)Li3PO4晶体的成核生长以及LiFePO4微小结晶单元的形成;2)由Li3PO4晶体向LiFePO4晶体进行物相转变并伴随着LiFePO4介晶微球的自组装过程;最后得到由纯相LiFePO4微小晶体组成的LiFePO4介晶材料。通过对比不同形貌LiFePO4介晶材料的电化学性能,得出,介晶微球颗粒和组成单元的尺寸在低倍率条件下对材料电化学性能有较大影响,但高倍率条件下影响不大。可以对所制得的LiFePO4介晶材料进行原位导电碳层包覆,包覆后,LiFePO4介晶材料的电化学性能有显著提高。在O.1C倍率下,哑铃状LiFePO4与LiFePO4/C介晶材料分别给出了140mAh·g-1和143mAh-g1的高放电比容量;而花状LiFePO4与LiFePO4/C介晶材料分别给出了147mAh·g-1和161mAh·g-1的高放电比容量。LiFePO4介晶材料具有的分层结构使得材料本身具有较高的孔隙率和较大的比表面积,加上良好结晶的纳米尺寸的组成单元,能够有效降低锂离子迁徙和转移的路径,从而有利于电化学性能的提高。

关键词： 磷酸铁锂动力电池   锂离子电池   锂离子二次电池   长循环寿命   低温  

摘要： 由山东威能环保电源有限公司等研发的低温磷酸铁锂锂离子动力电池,日前通过山东省科技厅组织的专家鉴定。中国工程院院士杨裕生表示,此次研发的新电池可在零下40℃的低温下保持常温时的性能,技术水平国际领先。据介绍,锂离子电池有高比能量、高比功率、高能量转换效率、长循环寿命等优点,但存在低温时难以放电和充电等问题。此次研究人员通过采用纳米化磷酸铁锂正极材料、改性的负极材料、功能性电解液,优化电极工艺和电池结构设计,研发出低温磷酸铁锂动力电池。在保持常规使用性能的情况下,电池在零下40℃时的放电容量达到常温容量的90%,低温性能明显优于国内外同类产品,可广泛用于对电池安全性要求较高的电动汽车、大巴、矿用工程车以及军用和航天等领域。

关键词： 模板法   磷酸铁锂   水热法   电化学性能  

摘要： 橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)的理论比容量为170mAh/g,对锂电极电势3.45V,是一种极具潜力的锂离子电池正极材料。因其具有原料丰富、无毒环保、可逆性好、循环稳定性好、安全性能好等一系列优点,被认为是动力型锂离子电池的理想材料。但纯LiFePO4仍存在电导率低(约为10-9S/cm)、离子扩散系数低(约为10-11～10-10S/cm)等问题,这导致其倍率性能很差,影响了LiFePO4在实际中的应用。 本文综述了橄榄石型的LiFePO4研究进展,以P123为模板剂水热合成了LiFePO4/C正极材料,并对其形貌特征和电化学性能进行了表征与研究。 以LiNO3、NH4H2PO4、FeNO3·9H2O为原料,采用P123、葡萄糖和一水合柠檬酸作为碳源,在水和乙醇混合溶液中150℃水热合成了LiFePO4/C材料。结果表明,以P123作为碳源得到的复合球形LiFePO4/C材料拥有良好的充放电性能和倍率性能。 研究了不同球形形貌LiFePO4/C的电化学性能。通过改变P123以及原料的浓度,改变前驱体的结构,并以此得到了不同球形形貌的LiFePO4/C。结果表明,在150℃水热条件下合成的复合球形形貌的LiFePO4/C电化学性能为最佳,并且m(P123):m(LiFePO4)=1.5:1.2为最佳合成配比。将在m(P123):m(LiFePO4)=1.5:1.2, m(P123)=2.0g条件下合成的LiFePO4/C超声1h,得到颗粒破碎的LiFePO4/C材料。对比超声前后的LiFePO4/C电化学性能,发现超声前的球形LiFePO4/C电化学性能比超声后要好,这是由于超声前的颗粒比超声后的能更好得相互接触,充放电时形成良好的导电网络。以m(P123):m(LiFePO4)=1.5:1.2的比例,在不同温度下合成了LiFePO4/C材料,在150℃水热下得到了复合球形LiFePO4/C材料,在180℃水热条件下得到了组合蝴蝶形貌的LiFePO4/C材料,在210℃水热条件下得到的LiFePO4/C由多种形状颗粒组成。这是由于当P123所在溶液温度升高时,P123中的EO片段亲水性开始减小,疏水性增加,导致最终P123形成的模板形状有所变化。结果表明在150℃水热条件下得到的复合球形LiFePO4/C材料高倍率放电性能最佳,210℃水热条件下得到的LiFePO4/C材料低倍率放电性能最佳。