有機(jī)碳源制備碳包覆LiFePO4及其性能研究.pdf

1、鋰離子電池正極材料中的磷酸鐵鋰（LiFePO4）以其良好的熱穩(wěn)定性和環(huán)境友好性等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。但由自身的結(jié)構(gòu)限制，LiFePO4的本征電子電導(dǎo)率和鋰離子遷移率都很低，導(dǎo)致其導(dǎo)電性差、大電流充放電容量衰減快等問題，阻礙其商業(yè)化發(fā)展。其中采用碳包覆改性方法提高其電化學(xué)性能的手段已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。
　　基于高殘?zhí)苛亢彤惽杷狨セ鶊F(tuán)與金屬離子的反應(yīng)活性，設(shè)計(jì)選用4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）三聚體為碳源，以碳酸鋰、磷酸氫二銨以及

2、草酸亞鐵為原料通過高溫固相法制備出純相的碳包覆LiFePO4/C材料。利用XRD和SEM等分析手段對(duì)其結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征，通過循環(huán)伏安法和交流阻抗法對(duì)磷酸鐵鋰正極材料的電化學(xué)性能進(jìn)行了分析。主要工作分述如下：
　　1、MDI三聚體的合成及性能研究：以溶劑法制備MDI三聚體，并通過熱穩(wěn)定性研究得知三聚體主要的兩次失重大概在350℃和400℃，而且殘?zhí)苛扛哌_(dá)50％。同時(shí)對(duì)磷酸鐵鋰的合成原料進(jìn)行熱穩(wěn)定性研究，以此確定了高溫固相法制備碳包

3、覆磷酸鐵鋰的升溫程序。
　　2、碳包覆LiFePO4的合成與性能研究：采用高溫固相法制備了MDI三聚體為碳源的碳包覆磷酸鐵鋰正極材料。XRD以及紅外譜圖表明磷酸鐵鋰為標(biāo)準(zhǔn)橄欖石型結(jié)構(gòu)。并通過正交設(shè)計(jì)研究了MDI三聚體摻雜量、碳化溫度以及保溫時(shí)間對(duì)磷酸鐵鋰的晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌以及電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。同時(shí)，通過不同碳源包覆和不同包覆量的磷酸鐵鋰正極材料進(jìn)行對(duì)比研究。
　　3、碳包覆LiFePO4的電化學(xué)性能研究：分析結(jié)果表明，

4、制備碳包覆LiFePO4的最佳條件為三聚體摻雜量9%、750℃下保溫8h。SEM和粒徑分布分析等表明MDI三聚體加入量太低不能有效包覆磷酸鐵鋰顆粒，以致不能起到阻隔顆粒過度增長的效果；MDI三聚體加入量太多，過多的異氰酸基團(tuán)與金屬離子的絡(luò)合性導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重致使電化學(xué)性能方面鋰離子遷移率急劇下降。其中鋰離子遷移率可高達(dá)3.87×10-11cm2*s-1。通過不同碳源的對(duì)比研究表明，MDI三聚體在較少的摻雜量下亦能夠緊密地包覆磷酸鐵鋰顆粒