鋰離子電池正極材料LiFePO4-C的制備及性能研究.pdf

1、鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰具有比容量高、放電平臺(tái)穩(wěn)定、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性好、成本低和無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，但磷酸亞鐵鋰本身的電子電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散速率較低，限制了其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。
　　采用高溫固相法和液相共沉淀兩種方法，對(duì)合成條件進(jìn)行優(yōu)化，利用碳包覆的方法制備了磷酸亞鐵鋰材料。通過熱重-差熱、X射線衍射和掃描電子顯微鏡等表征方法，結(jié)合恒流充放電、循環(huán)伏安和交流阻抗等電化學(xué)測(cè)試手段，對(duì)材料的合成溫度、結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。

2、
　　高溫固相法合成工藝簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模生產(chǎn)。選用不同鐵源分別研究了摻碳量對(duì)材料性能的影響，并深入研究了不同鐵源對(duì)材料的影響。合成反應(yīng)的煅燒過程是400 ℃預(yù)燒5 h，700 ℃燒結(jié)10 h。研究表明，以二價(jià)鐵草酸亞鐵作為鐵源，當(dāng)摻碳量45％時(shí)，合成的材料顆粒小且均勻，0.1 C、0.5 C和1 C的放電比容量最大，達(dá)到了125.32、108.95和97.69 mAh/g，并且倍率性能和循環(huán)性能均較好。用三價(jià)鐵硝酸鐵代替二價(jià)鐵草酸

3、亞鐵作為鐵源，當(dāng)摻碳量60%時(shí)，材料碳包覆薄且均勻，在0.1 C、0.5 C和1 C的放電比容量達(dá)到了130.23、115.55和108.99 mAh/g，具有良好的大電流充放電性能和循環(huán)性能。進(jìn)一步研究表明，采用三價(jià)鐵硝酸鐵合成的材料具有更好的容量性能和倍率性能，循環(huán)性能也較為穩(wěn)定。此外，而且三價(jià)鐵的成本遠(yuǎn)低于二價(jià)鐵，更適用于商業(yè)化生產(chǎn)。
　　為進(jìn)一步提高材料性能，采用液相共沉淀法。分別研究了不同pH值及摻碳量對(duì)材料性能的影響，

4、并進(jìn)一步研究了兩種合成方法的優(yōu)劣。研究表明，400 ℃預(yù)燒5 h，700 ℃燒結(jié)10 h，可得到純橄欖石型覆碳磷酸亞鐵鋰材料。當(dāng)pH值為2，摻碳量為60%時(shí)材料顆粒小且均勻，碳包覆均勻，具有最佳的電化學(xué)性能。材料在0.1 C的放電比容量為150.77 mAh/g，即使在0.5 C、1 C和5 C的放電比容量也分別達(dá)到了141.38、136.81和118.77 mAh/g，表現(xiàn)出良好的倍率性能。另外，材料的100次循環(huán)性也非常穩(wěn)定，容量保