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(lái)使用至今,但是其較高的價(jià)格、對(duì)環(huán)境的危害以及安全問(wèn)題限制了其在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車以及混合電動(dòng)車的大型動(dòng)力電池方向的應(yīng)用。而含有其他過(guò)渡金屬如Fe、Ti、Mn的化合物由于價(jià)格低廉,環(huán)境友好因而受到廣泛關(guān)注。本論文主要研究?jī)煞N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(dāng)中作為動(dòng)力電池正極材料最合適的一種；另外一個(gè)研究對(duì)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(dāng)時(shí)對(duì)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M(fèi)g和Ni來(lái)研究對(duì)應(yīng)同一氧化還原電對(duì)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(dǎo)率的有效方法是引入導(dǎo)電碳。選擇合適的碳源是獲得較好的電化學(xué)性能的前提之一,而獲得的碳的結(jié)構(gòu)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(guò)固相法合成磷酸鐵鋰。為了便于比較,另一組對(duì)照實(shí)驗(yàn)中加入了適量的酚醛樹(shù)脂作為碳源。酚醛樹(shù)脂在加熱時(shí)分解成聚丙苯(PAS),聚丙苯是一種無(wú)定形碳,在不是很高的加熱條件下得到的PAS仍然有著不錯(cuò)的碳結(jié)構(gòu)。合成的LiFePO4／PAS復(fù)合物的電導(dǎo)率比純相的提高了7個(gè)數(shù)量級(jí)。測(cè)試了復(fù)合物的電化學(xué)性能,結(jié)果表面復(fù)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(fù)合物是通過(guò)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(shù)脂作為還原氣氛的提供源和碳源。反應(yīng)機(jī)理由XRD,FTIR結(jié)合TG／DSC大致推測(cè)得到。結(jié)果表明,在300℃LiFePO4已經(jīng)開(kāi)始形成而550℃以上,物相全部為L(zhǎng)iFePO4雜質(zhì)峰消失。測(cè)試了不同溫度下合成的復(fù)合物的的電化學(xué)性能,結(jié)果顯示在750℃下合成的樣品性能最好。在0.2C時(shí)比容量為158 mAh g-1。10C的比容量為145 mAh g-1,

5、經(jīng)過(guò)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L(fēng)ix(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(shí)的物相,分析了對(duì)應(yīng)于Ti(Ⅳ)／Ti(Ⅲ)氧化電對(duì)時(shí),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(shí)摻雜金屬對(duì)電位和循環(huán)性能的影響；探討了在較高電位時(shí)出現(xiàn)的充放電平臺(tái)與S2-