鋰離子電池用LiFePO-,4-正極材料及其改性材料的結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、鋰離子電池具有能量密度高，循環(huán)性能好，工作電壓穩(wěn)定，自放電低，無記憶效應(yīng)，無污染等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到迅猛發(fā)展。鋰離子電池的正極材料在很大程度上決定著電池的工作電壓和容量；并且與負(fù)極碳材料相比容量較低，所以電池容量最終是由正極材料確定的。目前的商品電池基本上都用LiCoO2作正極活性材料，它是已知的正極材料中成本最高的。為了降低電池成本，必須研究開發(fā)更便宜的正極材料。另外動(dòng)力電池對電池的安全性要求也比較高。LiFePO4恰好能滿足以上要求，

2、是近期研究較多的正極材料之一。本論文的研究成果主要包括以下幾個(gè)方面： 1.初步探索分階段固相加熱法合成純相LiFePO4和非復(fù)合型摻碳LiFePO4；初步采用不同的碳前驅(qū)，包括聚丙烯酰胺(Polyacrylamide)，蔗糖(Sucrose)和酚醛樹脂(Phenolicresin)，合成LiFePO4/C復(fù)合材料?？疾煲陨细鞣N材料的物化性質(zhì)，并對其電化學(xué)性能進(jìn)行了表征和測試。結(jié)合相應(yīng)的能量密度，我們優(yōu)選出了具有最佳碳含量的LiF

3、ePO4/C復(fù)合材料，并初步摸索出模板合成工藝的最佳燒結(jié)溫度。 2.初步研究表明，以聚丙烯酰胺(以后簡稱PAM)為碳前驅(qū)合成出的復(fù)合材料具有顆粒度小，倍率放電性能優(yōu)良，電化學(xué)容量高等優(yōu)點(diǎn)。我們進(jìn)一步詳細(xì)考察了材料所具有的復(fù)合結(jié)構(gòu)，及其對材料電子導(dǎo)電性和倍率容量的改善作用。透射電鏡(TEM)和原子力顯微鏡(TP-AFM)觀測顯示，這種材料具有LiFePO4/C納米共生結(jié)構(gòu)以及次級(jí)納米顆粒，結(jié)構(gòu)中LiFePO4與C的接觸更加緊密，有

4、效提高了材料的電子導(dǎo)電性。次級(jí)納米顆粒也大大增加了材料的活性比表面積，從而改善材料的高倍率充放電性能。同時(shí)這種緊密的納米共生結(jié)構(gòu)，也是材料高振實(shí)密度的內(nèi)在原因。研究還發(fā)現(xiàn)，PAM模板合成材料具有一些特殊的電化學(xué)行為，我們對此也給予了合理解釋。進(jìn)一步我們觀測了不同量的PAM模板劑，對材料的不同的改性作用。 3.第三章詳細(xì)論證了PAM模板合成機(jī)理，文中對合成過程的實(shí)時(shí)紅外光譜(IR)和X光衍射譜(XRD)，以及合成前驅(qū)體的熱力學(xué)分析