具有多孔碳層的LiFePO4-C正極材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、隨著環(huán)境污染和霧霾的不斷籠罩以及傳統(tǒng)能源（煤、石油、天然氣）的日益枯竭，清潔高效的可再生綠色能源逐漸受到廣大的關(guān)注,開始進(jìn)入人們的視野。作為一種具有代表性意義的新型儲(chǔ)能器件，鋰離子電池的開發(fā)和使用就備受矚目。鋰離子電池是由正、負(fù)極電極材料組裝的，而正極材料作為不可或缺的一部分，對(duì)電池的性能有重要影響。在眾多的正極材料中，具有橄欖石型結(jié)構(gòu)的LiFePO4（LFP）以其低廉的價(jià)格，安全環(huán)保，較高的比容量，穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)，受到越來越多的熱捧。

2、但是 LFP材料在巨大的發(fā)展前景面前，電子電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散速率較低是限制其商業(yè)化應(yīng)用不可逾越的鴻溝。針對(duì)這兩種缺陷，本文分別以聚丙烯腈（PAN）和聚丙烯腈-聚甲基丙烯酸甲酯（PAN-b-PMMA）嵌段共聚物為碳源，合成具有多孔碳膜的LiFePO4/C材料，試圖改善其存在的問題和解釋其包覆原理。碳膜的引入可以控制顆粒粒徑大小，改善團(tuán)聚，控制形貌。對(duì)制備的材料采用XRD、SEM、TEM、BET、Raman等進(jìn)行表征，并組裝器件，以恒流充放

3、電系統(tǒng)對(duì)半電池進(jìn)行的電性能測(cè)試。具體的研究內(nèi)容如下：
　　一、采用碳熱還原法，以 FeSO4·7H2O為原料，兩步合成 LiFePO4/C材料，并研究了反應(yīng)物初始濃度、碳源的種類及熱處理溫度等因素對(duì)LiFePO4材料結(jié)構(gòu)、形貌以及電化學(xué)性能的影響，并通過比較包覆前后材料性能的不同說明改性的作用和意義，探討了改性后 LiFePO4/C材料在不同倍率下的比容量。研究結(jié)果表明：包覆后的樣品顆粒均勻，分散性好，顆粒間的團(tuán)聚現(xiàn)象明顯改善，顆

4、粒外包覆一層厚度約4 nm的碳膜。通過Land測(cè)試系統(tǒng)，包覆后的LiFePO4/C材料在0.2 C倍率下的首次放電比容量達(dá)到164.7 mA h g-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于沒有改性的樣品；在30 C下，其比容量仍然有62.1 mA h g-1，并且測(cè)試了兩種樣品的電化學(xué)阻抗，包覆后的材料Rct為58.62Ω，小于未改性的66.73Ω；本征阻抗Re也減小了，這表明包覆后的材料的電子導(dǎo)電性明顯得到改善。
　　二、采用原位碳熱還原法合成了具有介孔

5、碳膜的核殼結(jié)構(gòu)的LiFePO4/PC電極材料，并研究了煅燒溫度、碳源含量等因素對(duì)LiFePO4/PC電化學(xué)性能的影響。研究表明：當(dāng)溫度700℃時(shí)、碳源含量為10％時(shí)，樣品保持了較好的形貌及最優(yōu)的電化學(xué)性能。通過LiFePO4/PC的TEM圖可以看出顆粒粒徑較小，分散性良好，無明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象，且LiFePO4/PC表面有一層具有孔洞結(jié)構(gòu)的碳層，孔洞大小在15.06 nm左右。測(cè)試材料的電化學(xué)性能，結(jié)果表明：樣品具有很高的比容量和倍率性能，