鋰離子動力電池復(fù)合正極材料lifepo4c和2lifepo4li3v2(po4)3c的合成及其性能研究

1、中圖分類號 U D C學(xué)校代碼 ! Q 5 3 三密級 公玨博士學(xué)位論文鋰離子動力電池復(fù)合正極材料L i F e P 0 4 ／C 和2 L i F e P 0 4 ·L i 3 V 2 ( P 0 4 ) 3 ／C 的合成及其性能研究T h e s y m h e s i s a n d p e r f ．o n l l a n c eo f L i F e P 0 4 ／Ca n d2 L i F e P 0 4 

2、3;L i 3 V 2 ( P 0 4 ) 3 ／Cc o m p o s i t e c a t h o d e m a t e r i a l sf o r 1 i t h i u m i o n p o w e r b a t t e r i e s作者姓名： 學(xué)科專業(yè)： 研究方向：學(xué)院( 系、所) ：指導(dǎo)教師：答辯委員會主席薹莖煎c中南大學(xué)2 0 1 3 年1 1 月院 學(xué)境授 程金環(huán)教峰工冶與佳金料金寶 張冶材冶張熳±

3、;堂焦途塞 揸墨鋰離子動力電池復(fù)合正極材料L i F e P 0 4 ／C 和2 L i F e P 0 4 ·“3 V 2 ( P 0 4 ) 3 ／C 的合成及其性能研究摘要：本文在綜合評述鋰離子電池及其正極材料研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以具有典型橄欖石結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料L i F e P 0 4 ／C 以及新型復(fù)合材料X L i F e P 0 4 ·y L i 3 V 2 ( P 0 4 ) 3 ／C 為研究對

4、象，較為系統(tǒng)地研究了材料的合成工藝、物理特性、電化學(xué)性能及電極界面動力學(xué)過程。( 1 ) 采用超聲波輔助沉淀法合成了納米級的球形F e P 0 4 ·2 H 2 0 。結(jié)果表明，最佳的合成工藝條件為：溶液濃度為0 ．1 m o 兒、H 2 0 2 加入量為5 ．5 m L 、攪拌速度為8 0 0 r ／I n i n 及溶液p H 為2 ．2 。最佳工藝條件下合成的樣品分布均勻，粒徑小于8 0 m n ，n ( F e ) ／

5、n ( P ) 為1 ．0 1 ，產(chǎn)率可達(dá)9 9 ％，經(jīng)4 8 5 ℃煅燒后得到純相的F e P 0 4 。( 2 ) 采用超聲波輔助沉淀一熱處理法合成了鋰離子電池正極材料2 L i F e P 0 4 ·L i 3 V 2 ( P 0 4 ) 3 的前驅(qū)體F e V 0 4 。在溶液p H 為6 、溶液濃度為O ．1 m 0 1 ／L 和攪拌時(shí)間為2 h 條件下，合成得到的F e 4 ( v 0 4 ) 4 ·5

6、H 2 0 含有5 個(gè)結(jié)晶水，其顆粒分布均勻，顆粒較小，n ( v ) ／n ( F e ) 為1 ．0 0 2 ，經(jīng)6 0 0 ℃下煅燒6 h 后得到結(jié)晶性良好的三斜型F e V 0 4 ，其顆粒表面光滑，粒徑在1 5 0 m 左右。( 3 ) 以納米級的球形F e P 0 4 ·2 H 2 0 為鐵源和磷源，草酸鋰為鋰源，檸檬酸為還原劑，蔗糖為碳源，采用超聲輔助沉淀—碳熱還原法合成得到了復(fù)合金屬摻雜型L i F e P 0

7、 4 ／C 材料。在燒結(jié)溫度為6 5 0 ℃，燒結(jié)時(shí)間為1 2 h 時(shí)得到的N i ．N b 共摻雜的L i F e P 0 4 ／C 材料性能最佳。樣品顆粒分布均勻，一次顆粒粒徑在2 0 0 脅左右。在0 ．1 C 倍率充放電條件下，其首次放電比容量為1 5 8 ．8 m A h ／g ，經(jīng)過3 0 次循環(huán)后放電比容量仍高達(dá)1 5 7 ．4m 址癯，容量保持率高達(dá)9 9 ．1 ％。1 C 放電倍率條件下首次放電比容量為1 5 0 ．2

8、 m 蛐絕，1 0 0 次循環(huán)后容量沒有明顯衰減，保持率為9 7 ．8 ％。E I S 結(jié)果表明，復(fù)合金屬摻雜后，L i F e P 0 4 ／C 材料的電荷轉(zhuǎn)移阻抗有大幅度的降低，交換電流密度增大，鋰離子擴(kuò)散系數(shù)增加了一個(gè)數(shù)量級，說明復(fù)合金屬摻雜有效地改善了L 正e P O 。的鋰離子擴(kuò)散速率，是改善L i F e P 0 4 電化學(xué)性能的一種有效途徑。( 4 ) 以納米級的球形F e P 0 4 ·2 H 2 0 為鐵源和