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(jià)格低廉、無(wú)污染、環(huán)境友好等諸多的優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)用到電動(dòng)汽車(chē)方面。本文以材料的實(shí)際應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，以水熱法為基礎(chǔ)，通過(guò)碳包覆來(lái)改善材料較低的電子電導(dǎo)率，成功合成了電化學(xué)性能優(yōu)異的石墨烯與LiFePO4的復(fù)合材料，此外還研究有機(jī)溶劑和離子液體對(duì)于水熱過(guò)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(guò)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(jìn)一步對(duì)水熱法制備工藝優(yōu)化后，材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。其最佳的合成條件為：反應(yīng)溶液pH=8，溫度T=200℃，時(shí)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(guò)程對(duì)于LiFePO4/C的電化學(xué)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(fù)合材料顯示出非常均一的碳包覆層，其復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。
　　在碳包覆過(guò)程中，通過(guò)引入微量的Fe2+成功合成了原位催化生長(zhǎng)的LiFePO4與石墨烯的復(fù)合材料，通過(guò)SEM和HRTEM測(cè)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(zhǎng)出來(lái)的石墨烯將顆粒與顆粒相互連

4、接，構(gòu)成了三維的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步通過(guò)CV、Raman、EIS、恒流充放電等電化學(xué)測(cè)試都證實(shí)了LiFePO4與石墨烯的復(fù)合材料具有非常好的電子導(dǎo)電率和鋰離子遷移率，其復(fù)合材料表現(xiàn)出非常優(yōu)異的倍率性能和長(zhǎng)期循環(huán)性能。
　　在水熱法制備 LiFePO4過(guò)程中添加少量離子液體(HMIMBr)有利于材料的成核過(guò)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