原位聚合-碳熱還原法合成磷酸鐵鋰及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、橄欖石型LiFePO4具有可逆容量高、資源豐富、對(duì)環(huán)境友善、價(jià)格便宜和安全性能好等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是非常具有發(fā)展前景的鋰離子電池正極材料。然而,較低的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)和電子電導(dǎo)率影響了磷酸鐵鋰材料大倍率性能。本文以提高LiFePO4的電化學(xué)性能為主要目的,對(duì)材料的合成條件、碳包覆、金屬離子摻雜、電化學(xué)性能和鋰脫嵌動(dòng)力學(xué)過(guò)程等展開(kāi)了深入系統(tǒng)的研究。主要內(nèi)容如下：
　　 ⑴采用原位聚合法制備FePO4/PANI前驅(qū)體,并對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行熱重-

2、差熱(TG-DTA)、紅外光譜(FFIR)和掃描電鏡(SEM)測(cè)試。以FePO4/PANI前驅(qū)體、醋酸鋰和葡萄糖為原料,采用碳熱還原法合成LiFePO4/C復(fù)合正極材料。初步研究了碳熱還原反應(yīng)的機(jī)理,考察了合成工藝條件對(duì)材料結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響。
　　 ⑵采用FTIR、XRD、SEM和TEM等手段對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了表征,并測(cè)試了樣品的電化學(xué)性能。結(jié)果表明,700℃燒結(jié)10h所得產(chǎn)物為單一的橄欖石型晶體結(jié)構(gòu),碳含量為3.80wt％,顆

3、粒粒徑在100nm左右。樣品具有良好的電化學(xué)性能,在0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C下的首次放電容量分別為151、136、131、127、113mAh·g-1。該樣品在1C下經(jīng)過(guò)50次循環(huán),容量還保持為122mAh·g-1,衰減僅為0.78％。
　　 ⑶采用鈉離子對(duì)LiFePO4的鋰位進(jìn)行了體相摻雜的改性研究,并研究了Na+摻雜量對(duì)LiFePO4材料性能的影響。研究發(fā)現(xiàn):摻雜后,材料的電化學(xué)性能有所提高,其中Na+摻雜量

4、為3％時(shí)LiFePO4的性能最佳,在0.1C、0.5C、1C、2C、3C下的首次放電容量分別為158、151、142、134、105mAh·g-1。
　　 ⑷采用循環(huán)伏安法和電化學(xué)阻抗譜研究了LiFePO4/C的電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)。循環(huán)伏安研究表明,電極具有較好的脫、嵌鋰可逆性,氧化、還原過(guò)程中Li+的固相平均擴(kuò)散系數(shù)D0分別為3.85×10-10、2.15×10-10cm2·s-1。電化學(xué)阻抗技術(shù)研究表明LiFePO4/C電極的電