磷酸鐵鋰微納米晶的控制制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、橄欖石結(jié)構(gòu)磷酸鐵鋰(LiFePO4)作為鋰電池正極材料具有很大的優(yōu)勢，但是其電子和離子傳導(dǎo)率低，限制了它的廣泛應(yīng)用。近年來，隨著研究的不斷深入，通過碳包覆、金屬摻雜、形貌調(diào)控、減小粒徑等方式對LiFePO4的改性研究取得了很大的進(jìn)展。這些方法中，減小粒徑是提高磷酸鐵鋰性能的有效方法。通過減小LiFePO4材料的粒徑可以縮短鋰離子擴(kuò)散距離，提高大電流充放電性能。
　　本文以LiFePO4的微納米化可控合成為主要目標(biāo)，采用水熱法，通過

2、優(yōu)化合成工藝，以及探索新的合成方法達(dá)到減小LiFePO4材料粒徑的效果，提高其電化學(xué)性能。研究過程中采用多種測試手段如XRD、FE-SEM、HRTEM、FT-IR、BET、充放電測試系統(tǒng)和CV等表征了樣品結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能，對制備的樣品的物理化學(xué)特性和生長機(jī)理進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容包括:
　　1、采用水熱/溶劑熱法制備了LiFePO4微納米粉體。研究了前驅(qū)物加入順序和有機(jī)溶劑乙二醇(EG)的用量對LiFePO4材料微納米結(jié)構(gòu)

3、的調(diào)控作用。研究結(jié)果表明Li-PO4-Fe的加入順序比Fe-PO4-Li順序得到的LiFePO4樣品粒徑小且電化學(xué)性能好;通過調(diào)節(jié)溶劑中EG/W的比例可以調(diào)控微納米LiFePO4的形成，EG的加入有效的減小了材料的粒徑并提高了其電化學(xué)性能。
　　2、采用前驅(qū)物分置水熱(PSHS)法用于合成LiFePO4納米粉體。通過將前驅(qū)物有效分配，將鐵源封裝在聚合物袋中與Li3PO4分置，一方面可以防止在前驅(qū)物混合過程中引起的Fe2+氧化，另一

4、方面在高溫高壓下鐵源從聚合物袋中釋放出來參與反應(yīng)，這時(shí)Li3PO4具有較高的過飽和濃度，從而得到納米級的LiFePO4微粒。得到的樣品粒徑約50-200nm，高倍率電化學(xué)性能顯著提高。進(jìn)一步研究了不同反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度條件下產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和形貌，探究了納米顆粒的形成機(jī)理。然后采用這種新方法，通過控制EG/W比例，得到粒徑可控的LiFePO4納米晶，并顯著提高了其高倍率下的電化學(xué)性能。
　　3、采用PSHS法制備了磷酸錳鋰(LiMnPO

5、4)納米粉體。研究了不同pH值和Fe添加量對LiMnPO4粉體的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在采用PSHS法合成LiMnPO4的過程中有較多復(fù)雜的中間產(chǎn)物生成，通過調(diào)節(jié)pH值對產(chǎn)物的純度進(jìn)行控制。LiMn1-xFexPO4/C(x=0.2，0.5，0.8)樣品的性能較LiMnPO4有了顯著提高，在充放電過程中具有顯著的兩個(gè)充放電平臺。LiMn0.5Fe0.5PO4/C樣品具有最好的電化學(xué)性能，0.1C倍率下放電比容量為134mAhg-1，在10C倍率