以表面活性劑為碳源合成LiFePO4-C材料的電化學(xué)性能研究.pdf

1、隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的加劇，清潔能源的開發(fā)和使用逐漸受到人類的關(guān)注，然而，作為一種高效清潔的新型儲(chǔ)能器件，鋰離子電池的使用備受矚目。具有橄欖石型結(jié)構(gòu)的LiFePO4(LFP)作為鋰離子電池正極材料的一種，以其低廉的價(jià)格，無(wú)污染，較高的理論容量，循環(huán)穩(wěn)定好等優(yōu)勢(shì)，受到越來(lái)越多的青睞。但是低的電子電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散速率也嚴(yán)重的制約其商業(yè)化的大規(guī)模應(yīng)用。
　　本文以表面活性劑為碳源合成LiFePO4/C材料，來(lái)改善其存在的問(wèn)題。表面活

2、性劑可以起到控制材料粒徑大小，分散顆粒，控制形貌的作用。對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)和形貌，采用XRD、SEM、TEM等手段進(jìn)行表征，并采用恒流充放電系統(tǒng)對(duì)LiFePO4/C材料的電化學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試。具體的研究?jī)?nèi)容如下:
　　一、采用碳熱還原法，以價(jià)格低廉的FeCl3·6H2O為原料，并研究了離子型表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和非離子型表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的用量、反應(yīng)時(shí)間及煅燒溫度等因素對(duì)LiFePO4材料結(jié)構(gòu)、形貌

3、以及電化學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明:以PVP為碳源制備的LiFePO4/C材料，顆粒分散更加均勻，顆粒間無(wú)明顯團(tuán)聚現(xiàn)象，高溫煅燒后LiFePO4顆粒外包覆一層厚度約2 nm的碳層。最后，通過(guò)恒流充放電測(cè)試表明，所制備的LiFePO4/C電極材料在最佳條件下具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，在0.2 C倍率下的首次放電比容量達(dá)到162.8mAh/g;而以CTAB為碳源制備的LiFePO4/C材料在同樣條件下，0.2 C倍率下的首次放電比容量可達(dá)157

4、.4 mAh/g，在同樣倍率下，沒(méi)有加入表面活性劑的LiFePO4材料的放電比容量只有104.7 mAh/g。
　　二、采用簡(jiǎn)單的溶劑熱法，以乙二醇與水的混合液為溶劑，PVP為碳源輔助合成了自組裝LiFePO4/C微米球形電極材料，并研究了反應(yīng)溫度、保溫時(shí)間等因素對(duì)LiFePO4/C材料電化學(xué)性能的影響。研究表明:當(dāng)反應(yīng)溫度為200℃時(shí)保溫24 h，乙二醇與水的配比為1∶2時(shí)，樣品有最好的形貌及最優(yōu)的電化學(xué)性能。用該種方法制備的自

5、組裝LiFePO4/C微球材料，顆粒粒徑約2.5 um，并由粒徑約110nm的球形顆粒組成，分散性良好，顆粒間無(wú)明顯團(tuán)聚現(xiàn)象，且LiFePO4樣品外包覆著一層厚約2 nm的碳層。測(cè)試材料在不同倍率下的電化學(xué)性能，結(jié)果表明:樣品具有很好的倍率性能，在0.2 C、1C、5C、10C、20 C倍率下，首次放電比容量依次為167.6 mAh/g、137.9 mAh/g、114.3 mAh/g、109.1 mAh/g、93.5mAh/g，同時(shí)樣品