鋰離子電池正極材料LiFePO-,4-的制備與摻雜改性研究.pdf

1、橄欖石型LiFePO4因其價(jià)格低廉、對(duì)環(huán)境友好、循環(huán)性能優(yōu)良、安全性能突出等優(yōu)點(diǎn)而成為最具開(kāi)發(fā)和應(yīng)用潛力的新一代鋰離子電池用正極材料。本文采用固相反應(yīng)法，討論了制備過(guò)程中各工藝參數(shù)的影響，總結(jié)出最佳制備工藝。結(jié)合XRD、SEM、恒電流充放電、CV、和EIS分析LiFePO4/C的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)行為；并且分別探討了元素V和Ti以及陰離子F-摻雜對(duì)LiFePO4/C材料電化學(xué)性能的影響。 本文實(shí)驗(yàn)以磷酸鐵、氫氧化鋰和聚丙烯為原料合成L

2、iFePO4/C材料。研究表明，使用高溫固相法，合成溫度以650℃為佳，650℃合成產(chǎn)物，顆粒尺寸小，粒徑分布均勻，放電容量最高，且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。對(duì)不同升溫速度條件下合成產(chǎn)物的材料電化學(xué)性能研究表明，與10℃/min升溫的合成產(chǎn)物相比，升溫速度為3℃/min的合成產(chǎn)物，材料的顆粒異常長(zhǎng)大，呈棒狀，平均長(zhǎng)度超過(guò)2μm，顆粒較大造成極化增大，電化學(xué)性能下降。原料球磨對(duì)產(chǎn)物性能也有很大的影響，研究發(fā)現(xiàn)原料球磨后的合成產(chǎn)物純度更高，電化

3、學(xué)性能更好。碳包覆量分別為3.6％、3.9％和4.3％的產(chǎn)物的電化學(xué)性能研究表明，材料的電化學(xué)阻抗隨碳包覆量的增加明顯減小，放電容量有較大的提高，碳包覆量為4.3％的產(chǎn)物，0.1C首次放電容量達(dá)到159mAh/g，1C放電容量為125mAh/g，50周循環(huán)內(nèi)幾乎沒(méi)有衰減。 分別討論了過(guò)渡金屬元素V和Ti以及陰離子F摻雜對(duì)LiFePO4/C材料電化學(xué)性能的影響。研究表明，V5+離子摻雜可以提高材料的電子傳導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散速度，減小

4、電化學(xué)極化，從而改善材料的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。猶其是摻雜量為3mol％的合成產(chǎn)物電化學(xué)性能最佳。1C倍率首次放電容量為136mAh/g，放電容量隨循環(huán)升高，第50次循環(huán)放電容量達(dá)到144mAh/g。對(duì)Ti4+離子摻雜的研究表明，隨Ti4+離子摻雜量的增加，材料的電化學(xué)阻抗不斷減小，電荷傳輸速率提高，Ti4+離子摻雜提高了材料的放電容量和循環(huán)性能。在1mol％、2mol％和4mol％三種摻雜量中，x=0.04的摻雜效果最好，材料的放電容