LiFePO4-C正極材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、LiFePO4是一種新型鋰離子電池正極材料，具有能量密度高、成本低、環(huán)保和安全等一系列優(yōu)點(diǎn)，成為商業(yè)化動(dòng)力鋰離子電池的首選正極材料。然而，較低的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)和電導(dǎo)率影響了LiFePO4材料的電化學(xué)性能。本論文以制備高性能的LiFePO4為目標(biāo)，通過(guò)高溫固相法和碳熱還原法制備了LiFePO4材料，利用恒流充放電、循環(huán)伏安、恒電位階躍和交流阻抗等測(cè)試手段，結(jié)合TG-DTA、XRD、SEM、FTIR等分析技術(shù)，對(duì)材料的物理和電化學(xué)性能進(jìn)行了

2、研究；同時(shí)探討了碳包覆、金屬摻雜及碳包覆-金屬摻雜聯(lián)用對(duì)LiFePO4正極材料電化學(xué)性能的影響。
　　 本文以Li2CO3、NH4H2PO4和FeC2O4·2H2O為原料，蔗糖為碳源，氫氧化鎂為金屬摻雜源，采用高溫固相法合成了純相LiFePO4、LiFePO4/C、LiMgxFe1-XPO4和LiMgxFe1-xPO4/C復(fù)合材料。結(jié)果表明，碳的加入可以有效改善材料的電子電導(dǎo)率和減小材料粒徑，從而提高材料的放電容量及倍率性能；在

3、650℃焙燒10h，碳含量為6％為的LiFePO4于0.2C倍率下的首次放電比容量達(dá)到135.41mAh/g；通過(guò)鎂摻雜制備了LiFe1-xMgxPO4和LiFe1-xMgxPO4/C(x=0.01，0.02，0.03，0.04，0.06，百分摩爾比)正極材料，分別討論了Mg摻雜量以及Mg-碳包覆對(duì)LiFePO4正極材料性能的影響。結(jié)果表明：Mg摻雜方法能明顯改善LiFePO4產(chǎn)物倍率循環(huán)性能；采用碳-摻雜雙改性方法，不僅提高了的LiF

4、ePO4/C材料放電容量，而且有效提高了LiFePO4/C材料的倍率性能。合成的LiMgxFe1-xPO4/C材料，當(dāng)x=0.02時(shí)，0.2C倍率下，首次放電容量達(dá)140.80mAh/g，約為理論容量的82％。
　　 以Fe2O3為鐵源，以蔗糖為還原劑，采用碳熱還原法于700℃合成了LiFePO4/C和LiFe0.98M0.02PO4/C(M=Mg和Ti)復(fù)合正極材料，討論了還原劑用量(35％、17.5％、10％、8.5％和5％

5、，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，相對(duì)于純LiFePO4)及Mg和Ti摻雜對(duì)LiFePO4/C材料的影響。碳熱還原法合成的LiFePO4均為單一的橄欖石晶體結(jié)構(gòu)，顆粒均勻細(xì)小，電化學(xué)性能優(yōu)異，含碳8.5％的LiFePO4/C、LiFe0.98Ti0.02PO4/C和LiFe0.98Mg0.02PO4/C材料0.2C倍率下的放電比容量分別為143.32 mAh/g、158.63 mAh/g和150.82mAh/g。與高溫固相法合成的LiFePO4/C和LiMg

6、xFe1-xPO4/C相比，碳熱還原法合成LiFe0.98Ti0.02PO4/C材料電化學(xué)性能有了顯著的提高。
　　 采用恒電位階躍法和交流阻抗法測(cè)定了LiFePO4正極材料在不同荷電狀態(tài)和循環(huán)次數(shù)下的鋰離子擴(kuò)算系數(shù)DLi+，結(jié)果表明：在LiFePO4放電過(guò)程中鋰離子擴(kuò)散系數(shù)隨嵌Li量的增大呈現(xiàn)先增大后略微降低的規(guī)律。通過(guò)XRD對(duì)循環(huán)前后LiFePO4材料的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，發(fā)現(xiàn)LiFePO4材料的晶粒度隨循環(huán)次數(shù)增加明顯細(xì)化