高倍率LiFePO4正極材料的合成及其改性研究.pdf

1、鋰離子電池普遍應(yīng)用的正極材料主要是LiCoO2,具有工作電壓高、充放電電壓平穩(wěn)、比能量高等優(yōu)點(diǎn),然而LiCoO2價(jià)格昂貴,有毒,電池過(guò)充會(huì)導(dǎo)致不可逆容量和極化增加,存在安全隱患。橄欖石結(jié)構(gòu)LiFePO4目前被認(rèn)為是最具有潛力的鋰離子電池正極材料,具有穩(wěn)定電壓平臺(tái)、儲(chǔ)存和循環(huán)壽命長(zhǎng)、環(huán)境友好、無(wú)記憶效應(yīng)等諸多優(yōu)點(diǎn),成為電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的理想材料之一。
　　本文以水熱法制備的LiFePO4為基礎(chǔ),通過(guò)碳包覆來(lái)提高材料的電子電導(dǎo)率,改善

2、材料的倍率性能;同時(shí)還通過(guò)不同碳源對(duì)比研究了瀝青包覆碳熱還原法制備LiFePO4/C復(fù)合材料的倍率性能。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)以LiOH、(NH4)2Fe(SO4)2、H3PO4為原料,成功的制備了LiFePO4正極材料,并對(duì)制備工藝參數(shù)(前驅(qū)物濃度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)前驅(qū)液pH值)進(jìn)行優(yōu)化,得到最佳工藝條件:反應(yīng)前驅(qū)物濃度以理論LiFePO4計(jì)n(LiFePO4)=0.015 mol(水熱介質(zhì)為45 ml去離子水)、反應(yīng)時(shí)間

3、為5 h、反應(yīng)前驅(qū)液pH=7.2。在此條件下制備的材料結(jié)晶性能好、粒徑小且分布均勻,在0.1C倍率下的首次放電容量可達(dá)到122.02 mAh/g。
　　(2)以優(yōu)化后的最佳工藝條件下水熱法制備的LiFePO4為原料,使用不同的碳源(蔗糖、聚乙烯醇(PVA)和瀝青(pitch))研究了碳包覆改性對(duì) LiFePO4/C復(fù)合材料倍率性能的影響,探索了最佳碳源的制備工藝條件。結(jié)果表明:以瀝青作為碳源包覆得到的LiFePO4/C復(fù)合材料包覆

4、效果最好,倍率性能最佳,在10C倍率下的首次放電容量可達(dá)到99.15 mAh/g。經(jīng)過(guò)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化,確定瀝青包覆最佳工藝條件為:LiFePO4:pitch=6.5:1,包覆燒結(jié)溫度為600℃。在此條件下制備的LiFePO4/C復(fù)合材料在10C倍率下的首次放電容量提高到109.12 mAh/g。
　　(3)分別以蔗糖、PVA和瀝青為碳源采用碳熱還原法制備了LiFePO4/C復(fù)合材料。通過(guò)SEM和TEM表征發(fā)現(xiàn),瀝青包覆處理的樣品顆粒