LiFePO4及LiFePO4基復(fù)合材料的合成工藝與性能研究.pdf

1、本文采用碳熱還原法合成LiFePO4/C和xLiFePO4-yLi3V2(PO4)3正極材料，研究了原料的選擇、工藝參數(shù)的優(yōu)化及離子摻雜對(duì)兩種復(fù)合材料的影響。利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、不同倍率充放電測(cè)試、交流阻抗測(cè)試、循環(huán)伏安測(cè)試等檢測(cè)手段，對(duì)材料的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌及電化學(xué)性能進(jìn)行了表征。
　　以LiOH·H2O為鋰源、NH4H2PO4為磷源，不同鐵源和碳源為原料，采用碳熱還原法制備了LiFePO4/

2、C，并研究了其對(duì)合成的LiFePO4/C的性能影響。結(jié)果表明：以Fe2O3和酒石酸合成的樣品顆粒粒徑較小，分布較均勻，顆粒晶型完整，純度高，具有首次充放電比容量高(115.342 mAh·g-1)，充放電平臺(tái)平穩(wěn)及極化度較小等優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)一步對(duì)不同煅燒時(shí)間和碳含量進(jìn)行了研究，確定了制備LiFePO4/C的較佳合成工藝條件：350℃預(yù)燒4 h，750℃煅燒7 h，碳含量為9.5wt％。在0.1C倍率下，首次放電比容量為136.385 mAh·

3、g-1，20次循環(huán)后比容量保持在99.8%以上，材料顯示出良好的充放電循環(huán)性能。
　　采用碳熱還原法合成xLiFePO4-yLi3V2(PO4)3復(fù)合材料。研究了溫度、時(shí)間、復(fù)合比例等工藝參數(shù)對(duì)材料性能的影響。優(yōu)化出復(fù)合材料制備的工藝條件為：復(fù)合比例9:1、煅燒溫度750℃和煅燒時(shí)間7 h。合成的復(fù)合材料包含兩種物相，既有橄欖石型結(jié)構(gòu)的LiFePO4，也有單斜結(jié)構(gòu)的Li3V2(PO4)3。充放電曲線出現(xiàn)四個(gè)電壓平臺(tái)，包括在3.4

4、V附近LiFePO4的電壓平臺(tái)和在3.6~4.2 V之間Li3V2(PO4)3三個(gè)特征電壓平臺(tái)，且充放電平臺(tái)明顯、平穩(wěn)，兼有兩種材料的電化學(xué)性能。
　　采用Nb3+對(duì)LiFePO4/C和9LiFePO4-Li3V2(PO4)3進(jìn)行摻雜改性，研究了Nb3+摻雜量對(duì)兩種材料性能的影響。結(jié)果表明：摻雜材料LiFe0.98Nb0.02PO4/C和9LiFe0.99Nb0.01PO4-Li3V2(PO4)3表現(xiàn)出更優(yōu)異的電化學(xué)性能，粉體顆粒

5、細(xì)小、均勻，團(tuán)聚減少，結(jié)構(gòu)并未發(fā)生變化。在0.1C倍率下，LiFe0.98Nb0.02PO4/C的首次放電比容量為146.881 mAh·g-1，比未摻雜樣品的首次放電比容量136.385 mAh·g-1提高了7.7%，經(jīng)過(guò)20次循環(huán)后，放電比容量仍保持在99.6%以上，其在1C下，放電比容量為105 mAh·g-1。9LiFe0.99Nb0.01PO4-Li3V2(PO4)3在0.2C下首次放電比容量為147.146 mAh·g-1，