正極材料LiFePO4合成及摻雜提高倍率性能研究.pdf

1、橄欖石型結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰(LiFePO4)原料來源廣泛、價格便宜、環(huán)境友好，用作正極材料時具有熱穩(wěn)定性好、循環(huán)性能優(yōu)良等突出特點，成為最有前途的正極材料之一。但是，LiFePO4材料非常低的電導率成為其進一步應用的障礙。本文針對這個問題，選用了適合工業(yè)化生產(chǎn)的高溫固相法系統(tǒng)地研究了合成溫度、碳摻雜、金屬離子及金屬氧化物體相摻雜對正極材料LiFePO4結(jié)構(gòu)和性能的影響，從而尋找出提高材料電導率的途徑。通過X射線衍射(X-RayDiffrac

2、tion)分析了合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)晶型，掃描電鏡(ScanningElectronMicroscope)觀察了材料的形貌，恒流充放電測試研究了合成材料的比容量和循環(huán)性能，循環(huán)伏安(CyclicVoltammetry)和電化學阻抗譜(ElectrochemicalImpedanceSpectroscope)分析了材料的電化學反應機理。
　　研究了LiAC、LiF、Li2CO3、LiOH四種鋰鹽對合成LiFePO4/C的影響，后兩種鋰鹽合

3、成的材料具有優(yōu)良的電化學性能，本實驗采用Li2CO3作為首選鋰鹽，合成樣品隨著燒結(jié)溫度的升高顆粒逐漸減小，相應比容量增加；但是溫度升高到750℃時，顆粒發(fā)生團聚，容量迅速衰減。650℃合成的正極材料LiFePO4/C具有合理的粒徑，具有最佳的電化學性能。
　　通過實驗比較了不同的碳前驅(qū)體(乙炔黑、石墨、檸檬酸和蔗糖)的摻雜效果，及不同蔗糖含量的摻雜效果，結(jié)果表明650℃下添加10mass％的蔗糖得到的包覆效果較好，第二次放電比容量

4、可達163.4mAh·g-1(0.1C)，高倍率充放電性能也優(yōu)于未包覆碳的樣品。
　　在蔗糖摻雜的基礎上，進行了金屬離子和金屬氧化物的摻雜改性。研究表明，摻雜少量Mg2+、V5+、Ti4+和Al2O3均能夠提高材料的電化學性能，尤其是倍率性能和循環(huán)性能。其中LiFe0.99Mg0.01PO4/C在1C、10C下放電比容量達155.5mAh·g-1、96.1mAh·g-1，Li0.95V0.01FePO4/C在3C、10C下放電比容