鋰離子電池材料橄欖石型LiFePO4和層狀Lix(MyTi1-y)S2(M=Ni、Mg)的合成與性能研究.pdf

1、鈷酸鋰作為鋰離子電池的正極材料從1991年商品化以來使用至今,但是其較高的價格、對環(huán)境的危害以及安全問題限制了其在驅動電動車以及混合電動車的大型動力電池方向的應用。而含有其他過渡金屬如Fe、Ti、Mn的化合物由于價格低廉,環(huán)境友好因而受到廣泛關注。本論文主要研究兩種材料:一種是LiFePO4,由于其安全性能好、原材料豐富、環(huán)境相容性好及性能優(yōu)良,是眾多化合物當中作為動力電池正極材料最合適的一種；另外一個研究對象是層狀的摻雜金屬的鋰硫化鈦

2、。層狀的摻雜金屬的硫化物是最初作為鋰電池正極材料出現(xiàn)的,在當時對該系列化合物的研究非常廣泛和深入。本論文中主要以研究LixTiS2體系摻雜金屬Mg和Ni來研究對應同一氧化還原電對鋰離子在八面體為和四面體位的差異。
　　 1.改善磷酸鐵鋰電子電導率的有效方法是引入導電碳。選擇合適的碳源是獲得較好的電化學性能的前提之一,而獲得的碳的結構的優(yōu)劣是決定碳源是否有效的決定因素。本論文中,用Fe3(PO4)2和Li3PO4·1／2H2O為原

3、料通過固相法合成磷酸鐵鋰。為了便于比較,另一組對照實驗中加入了適量的酚醛樹脂作為碳源。酚醛樹脂在加熱時分解成聚丙苯(PAS),聚丙苯是一種無定形碳,在不是很高的加熱條件下得到的PAS仍然有著不錯的碳結構。合成的LiFePO4／PAS復合物的電導率比純相的提高了7個數(shù)量級。測試了復合物的電化學性能,結果表面復合物與純相LiFePO4相比具有更小的極化程度、更大的倍率容量和更好的循環(huán)性能。
　　 2.LiFePO4／polyacen

4、es(PAS)復合物是通過固相法合成的。原料采用氫氧化氧鐵作為新的鐵源,加入適量的酚醛樹脂作為還原氣氛的提供源和碳源。反應機理由XRD,FTIR結合TG／DSC大致推測得到。結果表明,在300℃LiFePO4已經(jīng)開始形成而550℃以上,物相全部為LiFePO4雜質峰消失。測試了不同溫度下合成的復合物的的電化學性能,結果顯示在750℃下合成的樣品性能最好。在0.2C時比容量為158 mAh g-1。10C的比容量為145 mAh g-1,

5、經(jīng)過800次循環(huán)容量保持率為93％。樣品的形貌和PAS在樣品中的分布情況用SEM和TEM觀察得到。
　　 3.合成了系列化合物Lix(MyTi1-y)S2(M=Ni、Mg,y=0,0.05,0.1,0.2,0.3),確定了摻雜金屬不同和不同摻雜量時的物相,分析了對應于Ti(Ⅳ)／Ti(Ⅲ)氧化電對時,鋰離子從八面體位和四面體位脫嵌的電位差；討論了在低電位時摻雜金屬對電位和循環(huán)性能的影響；探討了在較高電位時出現(xiàn)的充放電平臺與S2-