鋰離子電池正極材料LiFePO4的改性及性能研究.pdf

1、具有橄欖石型結(jié)構(gòu)的LiFePO4鋰離子電池正極材料因其具有原料來源豐富、廉價易得、比容量高、無記憶效應(yīng)以及安全性能好等優(yōu)點被認為是最有前途的鋰離子電池正極材料之一。但受到材料本身振實密度不高、鋰離子擴散系數(shù)和電子電導(dǎo)率低的影響，材料在實際生活中的應(yīng)用范圍受到限制。優(yōu)化工藝條件、對原材料進行碳包覆和離子摻雜可以改善材料的電化學(xué)性能。
　　本文以FeC2O4·2H2O為鐵源，采用高溫固相法制備LiFePO4/C，并利用X射線衍射儀(X

2、RD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和LAND電池測試系統(tǒng)等表征方法對LiFePO4/C進行表征。研究了高溫固相法合成過程中的煅燒溫度、煅燒時間、鋰源、二次加碳碳源以及碳含量對合成的LiFePO4/C的結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明:以LiH2PO4為鋰源，二次加入10％的聚乙烯醇為碳包覆劑，煅燒溫度為700℃，煅燒時間為10h所合成的LiFePO4/C具有良好的橄欖石型結(jié)構(gòu)，而且晶型結(jié)構(gòu)完整，顆粒大小均勻，還具有較好的電化學(xué)性

3、能。充放電測試結(jié)果顯示，該樣品在2.4～4.2V電壓范圍內(nèi)，1C放電倍率下的首次放電比容量為118.3mAh/g，循環(huán)60次后容量的保持率為95.31％。
　　對合成的LiFePO4/C進行摻雜改性研究，研究了Nb5+摻雜對LiFePO4的結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明:Nb5+摻雜沒有改變LiFePO4的晶體結(jié)構(gòu)，而且可以提高LiFePO4的充放電比容量。合成的LiFe0.98Nb0.02PO4/C樣品的結(jié)構(gòu)較為完整

4、，顆粒大小均勻，展現(xiàn)出良好的循環(huán)性能和倍率性能。該樣品在2.4～4.2V電壓范圍內(nèi)，1C放電倍率下的首次放電比容量為140.7mAh/g，循環(huán)60次后容量的保持率為97.74％。
　　利用Nb5+摻雜可以提高材料的充放電比容量和F-摻雜可以提高材料的倍率性能的優(yōu)勢，進行Nb-F共摻雜改性研究。研究結(jié)果表明:共摻雜并未改變LiFePO4的晶體結(jié)構(gòu)，所合成的LiFe0.98Nb0.02PO0.97F0.03/C材料展現(xiàn)出良好的電化學(xué)性