新型鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰和富鋰錳基化合物的合成.pdf

1、鋰離子電池具有能量高、壽命長、污染低等特點，在眾多領域都得到了廣泛的應用，已經(jīng)成為目前市場便攜式電子產(chǎn)品的主要電源，也被認為是純電動汽車、混合動力汽車、插電式混合動力汽車等理想的電源。錳酸鋰(LiMn2O4)、磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)和三元材料（Li[NixCoyMn1-x-y]O2）是近幾年來鋰離子電池較具吸引力的三種正極材料。此外，富鋰錳基化合物由于其較高的理論比容量（250 mAh·g-1），也是極具吸引力的鋰離子電池材料。從

2、放電比容量的實際利用率、使用的時間、環(huán)境污染和價格成本方面看，橄欖石型結構的磷酸亞鐵鋰LiFePO4由于其低成本、資源豐富、對環(huán)境友好、電壓平臺適中（相對鋰金屬為3.4 V），并且有著高理論比容量170 mAh·g-1等優(yōu)點，被認為是最有可能的鋰離子動力電池材料之一。但是它也存在缺點，如低的電子、離子傳導率制約電池的大電流性能，為了改善這一問題，進行LiFePO4摻雜是一種可行的方法。
　　本論文結合XRD、SEM、紅外光譜(FT

3、IR)和電化學性質(zhì)測試等現(xiàn)代測試手段，對正極材料LiFePO4的制備、結構及電化學性能進行了系統(tǒng)研究。同時，對富鋰錳基化合物Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的固相法合成進行初步的探究。
　　實驗的第一部分以LiOH·H2O，H3PO4及FeSO4·7H2O作為反應原料進行水熱法合成LiFePO4，并且對反應原料配比進行了探究，得到較佳的原料比為2.7∶1∶1?？疾炝怂疅岱磻獪囟?、反應時間、抗氧化劑的加入量對LiF

4、ePO4/C的電化學性能、結構及形貌的影響。
　　利用單因素獲得的反應溫度為230℃，抗氧化劑加入量為0.4 g，水熱反應不同時間合成LiFePO4，運用紅外光譜、XRD、SEM等分析方法，考察了LiFePO4隨水熱合成反應時間的增加，結構和粒徑大小的變化。
　　通過正交實驗確定出水熱合成LiFePO4正極材料的較佳工藝條件為:水熱反應溫度240℃，反應時間3h，抗氧化劑加入量0.3 g。較佳的工藝條件下合成的LiFePO4

5、材料，摻碳焙燒后所得到的LiFePO4/C具有良好的電化學性能，在0.1 C，1C和10C下的首次放電比容量分別為157.6 mAh·g-1，142.6 mAh·g-1和63.5 mAh·g-1，在循環(huán)40次后，1C和10C倍率下放電比容量衰減率分別為6.4％和8.4％。
　　實驗的第二部分為進一步改善LiFePO4/C材料的電化學性能，對材料的Fe位進行Mg2+的摻雜，制備了LiFe1-xMgxPO4/C(x=0.01，0.02

6、，0.03)系列樣品，研究了Mg2+摻雜以及摻雜量對材料電化學性能的影響，結果表明摻雜量x=0.02時材料的電化學性能得到改善，在0.1 C，1C和10 C下的首次放電比容量分別為150.8 mAh·g-1，125.6mAh·g-1和84.5 mAh·g-1，改進了材料的倍率性能。在循環(huán)40次后，1C和10C倍率下放電比容量衰減率分別為3.0％和5.7％，循環(huán)性能有所改善。
　　實驗的第三部分采用固相法合成富鋰錳基化合物Li1.2