溶膠凝膠法制備LiFePO4正極材料及摻雜改性研究.pdf

1、隨著能源問題和環(huán)境問題的逐漸凸顯，鋰離子動(dòng)力電池逐漸成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。LiFePO4因具有來源廣泛、價(jià)格便宜、安全性高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)而廣受關(guān)注。但與其他類型的鋰離子電池正極材料相比，LiFePO4材料的電子電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散速率極低，嚴(yán)重阻礙了其作為鋰離子電池正極材料的應(yīng)用。本文以廉價(jià)的化學(xué)試劑為原料，在溶膠凝膠法的制備工藝上合成了LiFePO4/C復(fù)合材料，嘗試?yán)锰及?，金屬?yáng)離子摻雜和陰陽(yáng)離子共摻雜的方法來對(duì)L

2、iFePO4材料進(jìn)行改性研究。利用Mn2+對(duì)Fe位進(jìn)行摻雜改性，并討論了Mn2+和F-共摻雜對(duì)LiFePO4/C材料性能的影響，主要得到了以下結(jié)論：
　　1.利用LiOH·H2O、FeCl3·6H2O、H3PO4和檸檬酸為原料，通過溶膠凝膠法合成了LiFePO4/C復(fù)合材料，結(jié)果表明，所合成的樣品具有橄欖石型的晶體結(jié)構(gòu)，顆粒粒徑較小，說明碳的摻雜不會(huì)改變材料的晶體結(jié)構(gòu)，同時(shí)還能抑制晶體的生長(zhǎng)。
　　2.本文通過調(diào)節(jié)和控制制備

3、工藝，對(duì)不同的檸檬酸添加量、煅燒溫度和煅燒時(shí)間對(duì)材料性能的影響進(jìn)行了研究，最終發(fā)現(xiàn)檸檬酸添加量為 n(FeCl3):n(檸檬酸)=1:0.6，在650℃下煅燒8h所制得的樣品性能最優(yōu)。在0.1C、0.5C、1C、5C倍率下首次放電比容量分別為：134.5 mAh·g-1、109.2 mAh·g-1、101.8 mAh·g-1、73.9 mAh·g-1,20次循環(huán)后均有不同程度的衰減。
　　3.對(duì) LiFePO4/C復(fù)合材料進(jìn)行陽(yáng)離

4、子摻雜改性的實(shí)驗(yàn)中，通過溶膠凝膠法制備了一系列Mn2+摻雜Fe位的LiFe1-xMnxPO4/C復(fù)合材料。研究結(jié)果表明，即便在大比例的摻雜比例下(Mn2+=20%)，所合成的材料仍然是橄欖石型的晶體結(jié)構(gòu)，其中摻雜合適比例的 Mn2+可以提高材料的充放電容量和循環(huán)性能。結(jié)果顯示，摻雜5% Mn2+的材料具有較好的電化學(xué)性能，以0.1C進(jìn)行首次充放電測(cè)試時(shí)，其首次放電比容量為145.0 mAh·g-1。在0.5C、1C、5C的倍率下，首次放

5、電比容量分別為127.3 mAh·g-1、123.0 mAh·g-1、90.1 mAh·g-1，20次循環(huán)后容量無衰減。
　　4.對(duì) LiFePO4/C復(fù)合材料進(jìn)行 Mn2+和 F-離子共摻雜的實(shí)驗(yàn)中，我們選擇Mn(CH3COO)2和LiF作為摻雜原料，通過溶膠凝膠法合成了一系列Mn2+和F-共摻雜的LiFe0.95Mn0.05(PO4)1-yF3y/C(0.01≤y≤0.03)復(fù)合材料。結(jié)果表明，與陽(yáng)離子摻雜的方法相比，摻雜一定