磷酸鐵鋰正極材料的應用基礎研究.pdf

1、磷酸鐵鋰(LiFePO<,4>)作為新型鋰離子電池正極材料具有高安全性、低成本、高溫性能好、環(huán)境友好等優(yōu)點,因而成為目前電池界競相開發(fā)與研究的熱點.本文以磷酸鐵鋰作為研究目標,系統(tǒng)地對其合成工藝、材料改性、結構表征、電化學性能以及電極動力學性能等方面進行了研究. 利用TG-DSC、XRD、SEM、LSD、CV、EIS以及充放電測試等方法研究了橄欖石型LiFePO<,4>正極材料的合成工藝.通過單因素實驗及正交實驗對合成過程中所用

2、原料、焙燒溫度、焙燒時間、惰性氣氛流量等工藝參數(shù)進行了優(yōu)化,確定了合成磷酸鐵鋰最佳的工藝條件. 首次將TG-DTA熱分析技術應用于研究LiFePO<,4>正極材料固相合成的動力學過程.運用Doyle-Ozawa法和Kissinger法計算合成過程中各個反應階段的表觀活化能、反應級數(shù)、頻率因子等動力學參數(shù),為磷酸鐵鋰固相合成過程的進一步放大和研究提供了預測依據(jù). 采用不同類型的碳導電劑前驅物對LiFePO<,4>正極材料進

3、行表面包覆改性.實驗表明,葡萄糖及甘油等有機導電劑前驅物具有較好的改性效果.考慮到適當?shù)膿教剂繉τ贚iFePO<,4>正極材料容量和密度的綜合優(yōu)化是十分必要的,本文對葡萄糖的加入量進行了篩選.結果表明,當葡萄糖的加入量為10﹪時,樣品具有良好的充放電動力學特性,具有較高的充放電容量及穩(wěn)定的循環(huán)性能. 本文對磷酸鐵鋰正極材料的離子摻雜改性進行了系統(tǒng)的研究.從產(chǎn)物的結構和電化學性能方面考察了摻雜離子的改性效果,并嘗試從金屬離子半徑、

4、價態(tài)和LiFePO<,4>晶格內部缺陷等方面分析離子摻雜改性的機制,提出了離子選擇的標準,即采用離子半徑與Li<'+>相近,但具有更高價態(tài)的金屬離子進行Li位摻雜能夠取得較好的改性效果. 嘗試對共沉淀法進行改進,利用自制的加料裝置通過控制原料的滴加速度從而控制前驅物沉淀的生成速率,最終達到均勻沉淀.并成功利用該法對LiFePO<,4>進行表面包覆改性,取得了較好的效果. 測定了鋰離子在IAFePO<,4>中脫嵌的OCV曲