LiFePO4正極材料的溶劑熱合成改性及電化學性能研究.pdf

1、橄欖石型LiFePO4材料因其來源廣泛、價格低廉、對環(huán)境友好、放電電壓平穩(wěn)、循環(huán)性能和安全性能優(yōu)異等眾多優(yōu)點，成為了新一代最具發(fā)展前景的鋰離子電池正極材料。本文以合成具備優(yōu)良性能的LiFePO4材料為目標，采用溶劑熱法合成工藝，并對合成的LiFePO4材料進行改性，碳包覆后合成了LiFePO4/C復合材料；運用XRD、SEM、FTIR和恒電流充/放電等技術對LiFePO4材料的合成及改性工藝與結構和性能的關系進行了系統(tǒng)研究。
　　

2、 采用溶劑熱法可制備出物相單一，均勻的LiFePO4正極材料，合成材料的晶體結構完整，形貌規(guī)則，顆粒尺寸均勻。系統(tǒng)研究并優(yōu)化了溶劑熱法合成LiFePO4材料的工藝參數，探討了采用溶劑熱法合成的工藝參數與材料組織結構與性能的關系，得到的優(yōu)化工藝為：初始反應物濃度為3mol·L-1，溫度190℃反應24h。該工藝條件下合成的樣品經后續(xù)碳包覆熱處理后表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能，0.1C倍率下首次充放電比容量分別為154.8和150.2mAh·g

3、-1，效率為97.0％。
　　 不同初始反應物濃度制備樣品的結構與性能比較研究表明，當初始反應物濃度為3mol·L-1時，合成材料有完整的晶體結構及較好的電化學性能。不同溶劑熱溫度和時間制備樣品的結構與性能比較研究表明，溶劑熱反應溫度和時間對合成材料的晶體結構及電化學性能有較大影響。隨著反應溫度升高，時間延長，合成材料衍射峰強度增強，結晶更完整，同時晶粒長大。在190℃反應24h合成的樣品表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能，0.1C首次充放

4、電比容量分別為154.8和150.2mAh·g-1，效率為97.0％。此外，在不同倍率下充放電都保持了較好的循環(huán)性能，在經過多次循環(huán)充放電后，放電比容量沒有明顯的衰減，仍保持在120mAh·g-1以上。不同溶劑熱條件下所制備各樣品的振實密度值都非常接近，僅有很小的差異，所有合成樣品的振實密度都在1.25g·cm-3以上，說明采用溶劑熱法制備的材料流動性及分散性較好，具有一定的產業(yè)化潛力。
　　 先利用溶劑熱法合成LiFePO4晶

5、體，再進行碳包覆高溫處理，合成LiFePO4/C復合材料。碳的加入并沒有改變LiFePO4的晶體結構，高溫處理使晶體結構更加完善，但晶粒并無明顯長大，形貌依然很規(guī)則，顆粒尺寸均勻；XRD、FTIR及SEM等表征表明碳以無定形碳均勻包覆于LiFePO4表面形成導電碳網，顯著提高了材料的電化學性能。當碳包覆量為5％，碳包覆熱處理溫度為700℃時，所得樣品具有最佳的綜合性能：振實密度為1.23g·cm-3，其在0.1C倍率下的首次充放電比容量