鋰離子電池正極材料LiFePO-,4-的溶劑熱合成及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、本文研究了溶劑熱方法成功合成納米片狀的鋰離子電池正極材料LiFePO4/C,通過(guò)熱重差熱、XRD、FTIR、拉曼光譜、掃描電鏡和透射電鏡等測(cè)試手段研究了LiFePO4/C的物相特性,并運(yùn)用循環(huán)伏安法(CV)、交流阻抗法(EIS)、充放電性能測(cè)試和鋰離子電池鋰離子擴(kuò)散性能等對(duì)LiFePO4/C的電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明合成的納米片狀結(jié)構(gòu)約為50nm長(zhǎng),包覆碳層約為5.10nm厚,這有利于LiFePO4中鋰離子擴(kuò)散性能的提高,對(duì)電化學(xué)

2、性能的改善有很大幫助,減小了電化學(xué)極化,使得0.1C充放電時(shí)能夠展現(xiàn)較高的容量164.5mAh/g(理論容量為170 mAh/g),1C充放電時(shí)也有143 mAh/g。通過(guò)交流阻抗技術(shù)對(duì)鋰離子擴(kuò)散性能進(jìn)行了研究,研究表明LiFePO4材料形貌結(jié)構(gòu)的控制有利于提高LiFePO4的電化學(xué)性能,納米片狀結(jié)構(gòu)減小了鋰離子擴(kuò)散路徑有利于提高鋰離子的擴(kuò)散性能并且能夠充分的進(jìn)行脫出和嵌入,對(duì)于合成高性能的鋰離子電池材料特別是動(dòng)力電池材料具有一定的啟發(fā)

3、。為開(kāi)發(fā)新的性能優(yōu)異的LiFePO4電池材料指出了方向----形貌結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。采用容量間歇滴定技術(shù)(CITT)研究了不同電壓、不同電流和不同循環(huán)次數(shù)下鋰電池正極材料LiFePO4中Li+的擴(kuò)散系數(shù)(D)。在0.2mA和0.4mA恒流充放電下測(cè)得擴(kuò)散系數(shù)范圍分別為8.8×10-16～8.9×10-14 cm2.s-1和1.2×10-16～8.5×10-14 cm2.s-1。從LiFePO4電極平衡電位3.06-3.45V之間的Tafel曲

4、線可得陰極和陽(yáng)極傳遞系數(shù)各為0.32～0.42和0.26～0.3,標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)速率常數(shù)為1.58×10-9～1.30×10-8cm.s-1。通過(guò)這些動(dòng)力學(xué)參數(shù)的確定,引入有限表面動(dòng)力學(xué)限制對(duì)原CITT法測(cè)定的擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行修正后,在0.2mA和0.4mA恒流充放電下測(cè)得擴(kuò)散系數(shù)范圍分別為2.44×10-15 cm2.s-1～2.21×10-13 cm2.s-1和5.81×10-16 cm2.s-1～3.22×10-13 cm2.s-1。結(jié)果表

5、明原CITT法由于近似無(wú)限電荷傳輸動(dòng)力學(xué)導(dǎo)致測(cè)定的擴(kuò)散系數(shù)比修正后要低,并且修正前后數(shù)值差別的程度和充電電流大小有關(guān)。
　　 本文對(duì)恒流恒壓充電機(jī)制進(jìn)行了解釋說(shuō)明,并基于球形擴(kuò)散模型對(duì)恒流過(guò)程中容量損失進(jìn)行了模擬。通過(guò)模擬證實(shí)了在恒流充電過(guò)程中容量有損失,結(jié)果顯示,由于電化學(xué)極化(大電流充電和較小的擴(kuò)散系數(shù)、)造成的恒流過(guò)程中的容量損失能夠在恒壓過(guò)程中獲得補(bǔ)償。研究結(jié)果表明充電過(guò)程中容量損失隨著充電電流的增大,離子半徑的增大,擴(kuò)