鋰離子電池正極材料LiFePO-,4-的制備和改性研究.pdf

1、SynthesisandmodificationofLiFeP04CatnocIlCmateriaIsIorlitIIlUm10nbatteriesJ■1●l■●l一ADissertationSubmittedtoZhejiangUniversityofTechnologyinApplicationfortheDegreeofMasterinMaterialsPhysicsandChemistryByYilanHUSupervisedb

2、yProfWenkuiZhangCollegeofChemicalEngineering&MaterialsScience，ZhejiangUniversityofTechnology，Hangzhou310014，ChinaApril，2010浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文鋰離子電池正極材料LiFeP04的制備與改性研究摘要橄欖石型LiFeP04作為鋰電池正極材料，具有原料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、無(wú)環(huán)境污染、熱穩(wěn)定性好、電池安全性能高等優(yōu)點(diǎn)，但

3、是LiFeP04存在電導(dǎo)率差、振實(shí)密度低、鋰離子擴(kuò)散系數(shù)小等缺點(diǎn)，影響了它的實(shí)用化。本文旨在通過(guò)摻雜、金屬粒子包覆和碳包覆等方法提高其電導(dǎo)率，從而改善其電化學(xué)性能。本文第三章以LiOHH20，F(xiàn)eP04“4H：20，(CH3COO)2Ni4H20和瀝青為原料，通過(guò)兩步固相反應(yīng)法合成了碳包覆和金屬離子摻雜的橄欖石型LiFel抖計(jì)0以(x=0，O01，002，003，004)正極材料。透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，LiFeP04顆粒表面附著無(wú)定形碳層，

4、且碳層在顆粒之間形成連通網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)Ni離子摻雜量較小時(shí)，合成的LiFeP04顆粒呈球狀。當(dāng)摻雜量增加時(shí)，產(chǎn)物中出現(xiàn)球形和片狀兩種形貌。電化學(xué)測(cè)試表明，650℃下燒結(jié)，摻雜1m01％Ni的LiFeNiP04／C具有較佳的電化學(xué)性能。在O1C放電倍率下，LiFeo洲ioolP04／C的首次放電容量為150mAhg～，首次庫(kù)侖效率達(dá)到了947％。同時(shí)也具有較好的倍率放電性能，lC放電倍率時(shí)仍保持132mAhg“1的放電容量，循環(huán)100次后容量保

5、持率為100％。本文還對(duì)Ni及C的作用機(jī)理進(jìn)行了討論。第四章研究了Ag和AgC共包覆LiFeP04材料的結(jié)構(gòu)形貌和電化學(xué)性能。在以固相法制備的LiFeP04基礎(chǔ)上，采用葡萄糖還原AgN03法制得了Ag和AgC共包覆的LiFeP04復(fù)合材料。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，碳銀共修飾的LiFeP04復(fù)合材料顆粒表面更光滑，顆粒尺寸更均勻。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，Ag包覆材料的首次放電容量由80mAhg“1提高到121mAhg“1；而碳銀共修飾LiFePOd

6、(AgC)材料的放電容量達(dá)到132mAhg～，且具有更好的循環(huán)性能。研究發(fā)現(xiàn)，Ag包覆大幅度降低了LiFeP04材料的電阻，電極的電荷轉(zhuǎn)移電阻由2535Q降低到了548Q。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)Ag的作用機(jī)理進(jìn)行了初步討論。第五章在固相法合成的LiFeP04的基礎(chǔ)上，以Ni(N03)z6H20、NH4HC03為反應(yīng)物，通過(guò)化學(xué)沉淀和還原法合成了LiFePOdNi復(fù)合材料。透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)LiFeP04顆粒表面負(fù)載有Ni、NiFe2P等納米晶。