LiFePO4-C正極材料的合成及電化學(xué)性能研究.pdf

1、磷酸亞鐵鋰作為最具潛力的動力電池正極材料得到了廣泛的研究,已逐步進入規(guī)?；a(chǎn)階段。深入研究LiFePO4的合成機制并指導(dǎo)生產(chǎn)工藝的改進,以制備性能優(yōu)異的正極材料具有重要意義。本文在以FePO4·2H2O為原料“一步固相”制備LiFePO4/C的基礎(chǔ)上,通過對原料、前軀體等進行的熱分析測試,提出了由FePO4·2H2O到LiFePO4的合成機理和Li的擴散模型。通過控制碳的結(jié)晶程度和包覆程度,分別制備了具有良好電化學(xué)性能的LiFePO4

2、/C正極材料,并進行了日產(chǎn)100 k級LiFePO4/C的規(guī)?；性囇芯?。
　　 本文發(fā)現(xiàn)了以FePO4·2H2O為原料制備LiFePO4/C的合成過程的三個反應(yīng)步驟。首先FePO4·2H2O脫水形成FePO4;其后碳源熱分解形成還原性氣氛,使FePO4還原為Fe2P2O7,完成Fe3+的還原過程,同時形成碳包覆;最后,Li擴散進入Fe2P2O7核心,反應(yīng)得到LiFePO4。Fe2P2O7到LiFePo4的相轉(zhuǎn)變是整個反應(yīng)過程的

3、重點,該反應(yīng)步驟是由Li的擴散控制的相變過程。影響Li擴散的主要因素有Li的顯微偏析和Li的擴散路程,這與鋰源在前軀體中的分散程度有直接關(guān)系。
　　 本文提出了提高包覆碳的結(jié)晶度的新方法。以FePO4·2H2O與LiOH·H2O的反應(yīng)產(chǎn)物Fe(OH)3為催化劑,在C2H2氣氛下一步固相制備LiFePO4時催化生長碳纖維,提高了包覆碳的結(jié)晶度,改善了LiFePO4/C的電導(dǎo),使LiFePO4/C的電化學(xué)性能有了明顯的提高。其中在4

4、50℃下CVD進行0.5 h得到的材料具有最優(yōu)的電化學(xué)性能,在0.1 C、1 C、5 C、10 C放電倍率下分別具有168 mAh/g,156 mAh/g,135 mAh/g,123 mAh/g的容量,1200次循環(huán)(1 C)后容量僅衰減5.5％。
　　 本文還提出了提高碳包覆程度的新方法。以PP熱分解形成的還原性氣氛將FePO4·2H2O反應(yīng)生成Fe2P2O7,同時還原性氣氛被氧化,在Fe2P2O7表面析出單質(zhì)碳形成原位碳包覆

5、,再將Fe2P2O7/C與鋰源反應(yīng)合成了具有良好碳包覆的LiFePO4/C。其中以LiOH·H20為鋰源制備的LiFePO4/C電化學(xué)性能優(yōu)良,在0.1C、1 C、5 C放電倍率下放電容量分別達到151mAh/g,136 mAh/g和109 mAh/g,100次循環(huán)(1 C)后容量僅衰減1.3％。
　　 在實驗室研究成果的基礎(chǔ)上,以FePO4·2H2O、LiOH·H2O、(C6H10O5)n為原料,進行了日產(chǎn)100kg級LiFe