鋰離子二次電池正極材料LiFePO4的制備與改性研究.pdf

1、橄欖石型LiFePO4正極材料因其廉價(jià)、高比容量、無毒、環(huán)境友好、循環(huán)性能優(yōu)良和卓越的安全性能，特別是在高功率或大容量電池中具有良好的高溫?zé)岱€(wěn)定性等使其受到了越來越多的關(guān)注，被認(rèn)為是最具有應(yīng)用前景的鋰離子電池正極材料。然而由于其極低的本征電子電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)，影響了其電化學(xué)性能，阻礙其作為鋰離子電池正極材料的商業(yè)化進(jìn)程。
　　本論文主要圍繞提高LiFePO4的電子電導(dǎo)率和鋰離子的擴(kuò)散系數(shù)，以制備高性能的LiFePO4材料為目

2、標(biāo)。實(shí)驗(yàn)通過固相法和熱還原法，對原材料選擇、配比和制備條件和工藝進(jìn)行優(yōu)化，采用表面碳包覆和Fe位摻雜等方法制備了改性的LiFePO4材料。利用各種化學(xué)測試手段，結(jié)合XRD，SEM等分析方法，對材料的晶體結(jié)構(gòu)和表面形貌以及電化學(xué)性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究。
　　1.通過固相反應(yīng)法制備了LiFePO4和LiFePO4/C復(fù)合材料，考察了鋰源(Li2CO3、LiOH、LiH2PO4)、碳源(六次甲基四胺、檸檬酸、蔗糖)以及碳包覆量對材料晶體結(jié)

3、構(gòu)、表面形貌和電化學(xué)性能的影響，并確定了最佳的合成工藝參數(shù)。
　　2.針對Fe位Co摻雜，采用固相法和碳熱還原法制備了的LiFe1-xCoxPO4，研究了制備方法和摻雜量對材料晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌、電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，LiFe1-xCoxPO4和LiFePO4均為橄欖石結(jié)構(gòu)，只有晶格常數(shù)發(fā)生了少許變化，而且摻雜的少量 Co元素對LiFe1-xCoxPO4的充放電反應(yīng)沒有容量貢獻(xiàn)，采用固相法制備的摻雜量的LiFe0.98Co0

4、.02PO4材料的性能最佳。
　　3.以FePO4鐵源，通過碳熱還原法制備了LiFePO4/C復(fù)合材料?？疾炝藴囟群吞及擦繉Σ牧闲阅艿挠绊?。結(jié)果表明，720℃、包覆4％碳的材料在0.2C倍率下，初始放電容量為135.3mAh/g，循環(huán)20次后，容量升高到146.3mAh/g。
　　4.以廉價(jià)的Fe2O3代替二價(jià)鐵做鐵源，鋰源為LiOH、LiH2PO4或Li2CO3，分別以乙炔黑、檸檬酸和蔗糖為碳源，考察了鋰源、碳源、燒結(jié)溫

5、度對材料晶體結(jié)構(gòu)和微觀形貌的影響。結(jié)果表明，以Li2CO3為鋰源、蔗糖作為碳源，包覆量為5%時，在720℃燒結(jié)制備的材料具有最好的性能。初始放電容量為154.3mAh/g，20次循環(huán)后，容量仍然高達(dá)在151.8mAh/g。
　　5.以Fe3+鐵鹽和還原鐵粉作為混合鐵源，在720℃制備了純相的LiFePO4。結(jié)果顯示Fe3+被完全還原成Fe2+，不含有任何雜質(zhì)，證明了這一方案的可行性。同時采用蔗糖作為碳源進(jìn)行碳包覆制備的LiFePO