鋰離子電池正極材料LiFePO-,4-的微波合成及改性初探.pdf

1、本論文首先綜述了鋰離子電池正極材料的研究歷史和現(xiàn)狀，重點(diǎn)回顧了LiFePO<,4>最近幾年的研究成果，分析指出了LiFePO<,4>尚需解決的問(wèn)題和未來(lái)的研究方向。由于傳統(tǒng)的高溫固相法合成LiFePO<,4>需要長(zhǎng)時(shí)間的高溫?zé)Y(jié)和通保護(hù)性氣體，成本高，在一定程度上阻礙了其實(shí)際應(yīng)用，因此結(jié)合最近幾年微波加熱技術(shù)在無(wú)機(jī)固體化學(xué)中的應(yīng)用和進(jìn)展，作者提出了一條旨在節(jié)約能源和降低生產(chǎn)成本的合成LiFePO<,4>的工藝路線(xiàn)——微波法。此外，阻礙L

2、iFePO<,4>實(shí)際應(yīng)用的另一大難題是純相的LiFePO<,4>導(dǎo)電性能差，尚不能滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的要求，因此，在微波合成LiFePO<,4>的基礎(chǔ)上，初步探討了C包覆和金屬離子摻雜對(duì)LiFePO<,4>電化學(xué)性能的影響。 通過(guò)選購(gòu)合適的家用微波爐并對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?，設(shè)計(jì)適合本工藝路線(xiàn)的微波化學(xué)反應(yīng)器，通過(guò)大量試驗(yàn)，成功實(shí)現(xiàn)了微波法合成LiFePO<,4>。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用LG公司生產(chǎn)的一款家用微波爐(WD700)，配合以聚

3、四氟乙烯為材料制作的合成腔體和雙坩堝反應(yīng)容器，不僅成功合成了LiFePO<,4>，而且保證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性。 在此基礎(chǔ)上，考察了前驅(qū)體的制備方式、微波輸出功率、微波加熱時(shí)間、微波加熱制度以及Li/Fe值等對(duì)LiFePO<,4>的影響，特別是對(duì)其電化學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在本實(shí)驗(yàn)體系下，最佳的工藝參數(shù)為：前驅(qū)體采用機(jī)械球磨制備、微波輸出功率560W、微波加熱時(shí)間8min。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)還指出，采用兩段微波加熱法有可能合成出性

4、能更加優(yōu)異的LiFePO<,4>；Li<,2>CO<,4>在微波加熱過(guò)程中基本不會(huì)揮發(fā)。 最后對(duì)LiFePO<,4>進(jìn)行了改性初探，包括C包覆和金屬離子摻雜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以乙炔黑為C源，摻雜8wt％所得的LiFePO<,4>/C首次放電容量達(dá)到了148.44mAh·g<'-1>，十次循環(huán)之后保持144.74 mAh·g<'-1>，容量保持率為97.51％；金屬Cr<'3+>摻雜對(duì)提高LiFePO<,4>的電化學(xué)性能效果