鋰離子正極材料LiFePO4及其前驅(qū)體FePO4的制備與性能研究.pdf

1、橄欖石型LiFePO4具有理論比容量高,原料來源廣泛,價(jià)格低廉,無環(huán)境污染,熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),成為最具商業(yè)應(yīng)用前景的新一代鋰離子電池正極材料。FePO4是一種制備LiFePO4材料的良好前驅(qū)體,合成LiFePO4具有成本低廉、產(chǎn)物純凈、雜質(zhì)少等優(yōu)點(diǎn)。本論文嘗試了多種方法合成FePO4,并以其為前驅(qū)體制各LiFePO4/C復(fù)合材料。采用X-射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、熱重差熱(TG/DSC)和Brunaue

2、r-Emmett-Teller(BET)等測(cè)試對(duì)樣品的微觀結(jié)構(gòu)和表面形貌進(jìn)行了研究分析;采用恒電流充放電、循環(huán)伏安(CV)和電化學(xué)交流阻抗(EIS)系統(tǒng)評(píng)價(jià)了LiFePO4電化學(xué)性能。
　　 在論文第三章中,用H3PO4做電解質(zhì),電解合成了FePO4納米顆粒,并以其為前驅(qū)體,通過一步固相碳熱還原法制備了結(jié)晶度優(yōu)良的橄欖石型LiFePO4/C復(fù)合材料。研究了電解法合成納米FePO4的熱穩(wěn)定性,分析了不同電流密度對(duì)納米FePO4形貌

3、的影響,討論了不同形貌的FePO4前驅(qū)體對(duì)合成LiFePO4/C的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),電解合成的是無定形納米FePO4,它的結(jié)晶溫度在616℃左右。在升溫結(jié)晶過程中,納米FePO4會(huì)失去2個(gè)結(jié)晶水,同時(shí)納米顆粒會(huì)合并變大。電流密度對(duì)FePO4形貌有直接影響,電流密度為11.4 mAcm-2時(shí)得到的FePO4顆粒最小,分布最均勻,尺寸在30～80 nm之間。而且以此為前驅(qū)體制備的LiFePO4/C擁有較好的電化學(xué)性能,0.1 C倍率首次放電容

4、量達(dá)到146.4 mAh·g-1,0.5 C循環(huán)50次后容量保持率在98％以上。對(duì)電流密度為11.4 mAcm2時(shí)得到的納米FePO4進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),該FePO4具有介孔結(jié)構(gòu),這種介孔結(jié)構(gòu)有助于合成多孔LiFePO4/C,多孔結(jié)構(gòu)納米顆粒能提高其電化學(xué)性能。
　　 在論文第四章中,用Na3PO4代替H3PO4做電解質(zhì),對(duì)電解反應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化。并用制得的納米FePO4為前驅(qū)體,通過一步固相碳熱還原法合成了橄欖石型LiFePO4/C復(fù)合

5、材料。研究發(fā)現(xiàn),用Na3PO4做電解質(zhì)后,電解反應(yīng)的槽壓明顯減小,pH調(diào)節(jié)的時(shí)間間隔變長;但是電解產(chǎn)物FePO4會(huì)吸附有少量Na+。對(duì)用其合成的LiFePO4/C復(fù)合材料性能研究發(fā)現(xiàn):少量Na+并不影響LiFePO4/C的純度和電化學(xué)性能。
　　 在論文第五章中,用工業(yè)原料Fe2O3和P2O5通過固相法制備了FePO4,并用制得的FePO4為前驅(qū)體,通過一步固相碳熱還原法合成了橄欖石型LiePO4/C復(fù)合材料。研究了不同預(yù)燒溫度