改性水熱法合成高性能LiFePO4正極材料.pdf

1、橄欖石型LiFePO4具有較高比容量、優(yōu)異的循環(huán)性能、價格低廉、無污染、環(huán)境友好等諸多的優(yōu)點，使其成為最具潛力的商業(yè)化鋰離子電池正極材料，特別是將其應用到電動汽車方面。本文以材料的實際應用為出發(fā)點，以水熱法為基礎，通過碳包覆來改善材料較低的電子電導率，成功合成了電化學性能優(yōu)異的石墨烯與LiFePO4的復合材料，此外還研究有機溶劑和離子液體對于水熱過程的影響。
　　本文以LiOH、FeSO4、H3PO4為原料，成功合成了LiFePO

2、4正極材料，通過XRD、SEM表征發(fā)現(xiàn)材料具有較高的結(jié)晶度，其粒徑分部均一（200~500nm），進一步對水熱法制備工藝優(yōu)化后，材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。其最佳的合成條件為：反應溶液pH=8，溫度T=200℃，時間t=600min，可逆比容量依次為146 mAh g-1（0.1C）、137 mAh g-1（1C）、131 mAh g-1（2C）、128 mAh g-1（5C）。
　　以水熱法制備的LiFePO4為原材料，使用三種

3、不同的含碳前軀體作為碳源研究了碳包覆過程對于LiFePO4/C的電化學性能影響，結(jié)果表明：以蔗糖作為碳源在750℃下煅燒5h得到的LiFePO4/C復合材料顯示出非常均一的碳包覆層，其復合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。
　　在碳包覆過程中，通過引入微量的Fe2+成功合成了原位催化生長的LiFePO4與石墨烯的復合材料，通過SEM和HRTEM測試發(fā)現(xiàn)其表面包覆層是一層石墨化碳層厚度約為2.5nm，而且生長出來的石墨烯將顆粒與顆粒相互連

4、接，構(gòu)成了三維的導電網(wǎng)絡，進一步通過CV、Raman、EIS、恒流充放電等電化學測試都證實了LiFePO4與石墨烯的復合材料具有非常好的電子導電率和鋰離子遷移率，其復合材料表現(xiàn)出非常優(yōu)異的倍率性能和長期循環(huán)性能。
　　在水熱法制備 LiFePO4過程中添加少量離子液體(HMIMBr)有利于材料的成核過程，使納米粒子在溶液中具有很好的穩(wěn)定性。XRD的分析結(jié)果顯示，其暴露出的晶面是沿著鋰離子的傳輸方向，有利于鋰離子的嵌入和脫出；而使用