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LiFePO4正极材料的制备和改性研究及其在小型船舶上的应用探讨
| 论文题名： | LiFePO4正极材料的制备和改性研究及其在小型船舶上的应用探讨 |
| 关键词： | 船舶动力;锂离子电池;正极材料;磷酸铁锂;制备工艺;电学性能 |
| 摘要： | 未来船舶向安静小型、低能耗方向发展对其配套动力系统提出了更高的要求。同时，相关学者发现强酸性矿山废水用于制备LiFePO4正极材料具有可能性，可实现治理与资源再利用相结合。LiFePO4正极材料因其高效率和安全可靠，可用于小型化船舶，但其倍率性能仍然受到低导电率和锂离子扩散效率的制约。 本文第一部分利用磷酸盐沉淀酸性废水中的Fe3+离子，实现铜铁分离，并分别比较了pH值对铜铁分离效果和絮凝速率的影响。实验表明酸性废水被成功的中和，其中的铁离子成功的分离出。同时，利用沉淀物FePO4微波辅助合成LiFePO4。这个研究成功的处理了酸性废水，实现了资源的合理化利用，并且副产品LiFePO4具有在电池材料上应用的潜力。 在此基础上，我们以葡萄糖作为碳源，采用碳热还原法制备了新型的Cu+离子掺杂的Li[Fe0.9Cu0.1Li0.1]PO4/C正极材料，并探究了其作为小型船舶动力应用的可行性。样品符合橄榄石结构特点，表明Cu+离子和过量的Li+离子占据了Fe位点。Cu+离子掺杂可以降低粒径并保持LiFePO4/C的晶体结构。Fe和Cu的表面氧化价态分别为+2和+1。Li[Fe0.9Cu0.1Li0.1]PO4/C复合材料具有更高的初始放电容量（148.8 mAh g-1）、DLi+(1.18×10-14cm2s-1)和更低的Rct(98.62Ω)。经0.2 C循环50次后，放电容量保持在149.8 mAh g-1，显示了良好的循环稳定性。Cu+掺杂的LiFePO4/C电池能量密度为539.28 Wh/kg，具有重量轻、放电容量大、使用寿命长、成本低的特点。本研究提出一种新型Cu+离子掺杂的LiFePO4/C正极材料，在小型船舶动力方面具有潜在的应用。 综上所述，本论文分别采用磷酸盐沉淀法和碳热还原法，制备了FePO4前驱体和新型的Cu+离子掺杂的LiFePO4/C正极材料，初步探究了后者作为小型船舶动力电池应用的可行性。本论文合理利用了酸性废水，实现了资源的合理化利用，并且采用的两种制备方法简单，易实现工业化生产，带来较大的经济利益，同时为小型化船舶的动力来源提供了新的方法和思路，扩大了改性LiFePO4电池在船用电池中的应用。 |
| 作者： | 朱健敏 |
| 专业： | 海洋地质 |
| 导师： | 叶瑛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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