溶膠凝膠法制備摻雜型LiFePO4材料及其性能研究.pdf

1、橄欖石型LiFePO4作為一種正極材料，LiFePO4材料具有成本低、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但由于該材料的電導(dǎo)率較低，使得其應(yīng)用受到限制。而電子器件的電導(dǎo)率與磁性和空穴型極化子有關(guān)，LiFePO4中空穴的自旋與Fe3+陽離子的(tg↑)3(eg↑)2電子結(jié)構(gòu)有關(guān)，與具有(tg↑)3(eg↑)2tg↓電子結(jié)構(gòu)的Fe2+陽離子通過雙交換機(jī)制發(fā)生鐵磁耦合，因此失去電子后會引起極子型畸變，從而會產(chǎn)生自旋極化電荷云。
　　本文采用精確可控、易進(jìn)行、操

2、作方便、合成條件簡單等優(yōu)點(diǎn)的溶膠凝膠法，以檸檬酸為絡(luò)合劑制備摻雜型LiFePO4材料，并對其多種性能進(jìn)行研究。通過摻入不同元素和比例、改變煅燒時的溫度及時間使樣品的性能得以改善。運(yùn)用X射線衍射儀(XRD)、紅外光譜儀(IR)、掃描電子顯微鏡(SEM)對合成樣品的晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵及官能團(tuán)、形貌進(jìn)行研究，并通過振動樣品磁強(qiáng)計(VSM)和穆斯堡爾譜分別對LiFePO4材料的磁性能和鐵離子價態(tài)及超精細(xì)相互作用進(jìn)行研究。
　　主要研究結(jié)果和

3、創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.對LiFePO4的Li(M1)位摻雜Co離子，XRD表明摻入Co離子后不改變LiFePO4的結(jié)構(gòu)，樣品仍然屬于具有橄欖石結(jié)構(gòu)的正交晶系，空間群仍為Pnma(62)，但煅燒溫度過高或時間過長，均會產(chǎn)生Co2P雜質(zhì)相;FT-IR光譜證實(shí)了LiFePO4振動帶主要是由PO43-的伸縮及彎曲振動引起的，而且主要集中在400～1200 cm-1區(qū)域內(nèi);VSM測量表明當(dāng)x=0.04時，樣品的比飽和磁化強(qiáng)度最大;Co離子的

4、摻雜可使樣品的比飽和磁化強(qiáng)度明顯提高;穆斯堡爾譜分析說明樣品主要成分是Fe2+化合物，但也存在少量無定形態(tài)的Fe3+化合物。
　　2.對LiFePO4的Li(M1)位摻雜Cu離子，XRD表明合成樣品均具有橄欖石結(jié)構(gòu)，Cu2+摻入不改變樣品的晶體結(jié)構(gòu)。由于高溫下存在還原氣氛使樣品中含有Cu、Fe2P、Li4P2O7等雜質(zhì)相;VSM分析表明樣品表現(xiàn)出弱鐵磁性，因為其中存在少量的弱鐵磁性雜質(zhì);穆斯堡爾數(shù)據(jù)表明樣品的主要成分為Fe2+化合