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磷酸亚铁锂具有理论比容量高、循环性能好、安全无毒、成本较低等优点,因而被认为是电动汽车用电池领域最具应用前景的正极材料之一。尽管如此,其自身电子导电率低的劣势使得传统的二维电极结构不能满足大容量高倍率磷酸铁锂电池的需求。三维结构集流体的使用可以提供更大的电化学反应接触面积,提高电极的大电流充放电性能。本论文采用泡沫镍作为电极的集流体材料,制备了三维结构的LiFePO4基电池并研究了其电化学性能。 研究了不同涂膏配比、涂膏量和极片厚度对泡沫镍集流体磷酸亚铁锂正极性能的影响,得到了优化后的电极制备参数。采用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope)观察了电极形貌,充放电测试研究了电极的比容量和循环性能,循环伏安(Cyclic Voltammogram)测试和电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscope)测试简单分析了电极的电化学反应过程。 研究结果表明,优化和膏配比为LiFePO4/C:乙炔黑(AB):PVDF=80:10:10,单片Φ14电极的涂膏量在20mg以下为宜,最佳极片厚度为250μm。在该优化条件下置备的三维电极,1C、3C、5C、7C充放电活性物质的比容量分别为140 mAh·g-1、120 mAh·g-1、110 mAh·g-1和90 mAh·g-1。 通过对循环后失效电池的解剖,发现作为负极的锂片循环过程中表面形成“死锂”是导致实验电池失效的原因。制备了两种负极材料(石墨和Li4Ti5O12)的三维结构电极,发现三维结构石墨电极的倍率和循环性能与二维结构电极相比并没有明显改变,其与LiFePO4正极装配的全电池性能一般,0.2C倍率下首次放电比容量仅有70 mAh·g-1左右。三维结构Li4Ti5O12电极倍率性能良好,其与LiFePO4电极装配的全电池具有较好的大电流充放电性能和优异的循环性能。10C充放电时比容量达到70 mAh·g-1左右,1C充放电时,300次循环后容量保持率接近100％。研究结果表明,三维结构正负极的Li4Ti5O12/ LiFePO4全电池具有较好的应用前景。