鋰離子電池正極材料LiFePO-,4-的第一性原理計(jì)算及改性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在整個(gè)鋰離子電池體系中，正極材料的性能至關(guān)重要。隨著鋰離子動(dòng)力電池成為具有競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展前景的一類動(dòng)力源，價(jià)廉高能的新型鋰離子電池正極材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用是鋰離子電池發(fā)展的重要任務(wù)。 橄欖石型結(jié)構(gòu)的LiFePO4作為鋰離子電池的正極材料，具有較高的理論容量，良好的循環(huán)性能，豐富的原料來(lái)源，低廉的成本，良好的安全性能以及對(duì)環(huán)境友好等特性。然而，LiFePO4低的電子電導(dǎo)率和鋰離子遷移速率，制約了它在鋰離子動(dòng)力電池中的應(yīng)用進(jìn)程。 本

2、文采用第一性原理計(jì)算方法，對(duì)純磷酸鐵鋰、摻雜改性磷酸鐵鋰材料的導(dǎo)電性和鋰離子擴(kuò)散性進(jìn)行了初步研究。并采用固相法，通過(guò)摻錳和包覆碳，以及對(duì)合成條件進(jìn)行優(yōu)化，得到了性能優(yōu)異，振實(shí)密度較高的磷酸鐵鋰正極材料。 1.采用第一性原理計(jì)算方法，在不考慮電子自旋條件下，計(jì)算得出磷酸鐵鋰脫嵌鋰電壓平臺(tái)為3.24V，略低于實(shí)驗(yàn)值；鐵位替代25％(原子比)的二價(jià)Mn，使費(fèi)米面附近出現(xiàn)新的態(tài)密度，增加了費(fèi)米面附近的態(tài)密度值，表明摻雜能提高材料的本征導(dǎo)

3、電性。但采用過(guò)渡態(tài)搜索的方式計(jì)算擴(kuò)散激活能時(shí)，發(fā)現(xiàn)同樣的摻雜會(huì)導(dǎo)致鋰離子擴(kuò)散激活能的上升，對(duì)鋰離子的擴(kuò)散不利。 2.研究了碳包覆對(duì)磷酸鐵鋰正極材料電化學(xué)性能的影響。采用酚醛樹(shù)脂作為碳源，用固相球磨+氬氣保護(hù)燒結(jié)法制備了磷酸鐵鋰正極材料，碳包覆量為5％時(shí)電化學(xué)性能最佳。 3.對(duì)碳包覆改性磷酸鐵鋰材料鐵位摻Mn的實(shí)驗(yàn)研究?？刂芃n摻雜量3％時(shí)，能進(jìn)一步提高材料電化學(xué)性能，制備的改性材料以0.1C，0.5C，1C，2C充放電時(shí)

4、，放電容量穩(wěn)定在154，145，140和135mAh/g左右，且循環(huán)性能優(yōu)異。 4.在保持改性磷酸鐵鋰電化學(xué)性能的基礎(chǔ)上，通過(guò)工藝改進(jìn)和選擇新的原料兩種方式提高材料的振實(shí)密度。碳包覆量5％條件下，優(yōu)化預(yù)燒結(jié)工藝，振實(shí)密度由1.05 g/cm3提高到1.22g/cm3。以0.1C、0.5c、1C、2C充放電時(shí)，放電容量分別為155.8、140、130、119mAh/g，電化學(xué)性能和振實(shí)密度同時(shí)得到提高；用廉價(jià)的氧化鐵取代草酸亞鐵，