鋰離子電池電極材料的合成與形貌調(diào)控、表面改性及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、近期，鋰離子電池的研究受到廣泛的關(guān)注，尤其是制造高性能鋰離子電池的電極材料面臨諸多的瓶頸，如原料成本偏高、工藝繁雜、合成周期長、環(huán)境污染等。因此，研究具有簡單、快速、廉價(jià)、環(huán)保等特點(diǎn)的鋰離子電池電極材料的合成工藝成為這一領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　本文引入微波加熱方式來改進(jìn)水熱法和溶膠-凝膠法，可控合成出一系列不同微觀形貌的LiFePO4正極材料，比較采用微波水熱改進(jìn)后所制備出的LiFePO4材料與所對應(yīng)的原工藝方法產(chǎn)物的形貌與電化學(xué)性

2、能的差異，考慮多方面因素選擇出如下的最佳合成工藝。以檸檬酸鐵(Fe3+)和磷酸二氫鋰作為原料，經(jīng)微波水熱過程與碳熱還原熱處理，合成出尺寸均一的LiFePO4微球。微球由50-150 nm的納米顆粒自組裝團(tuán)聚形成，直徑范圍為1.0-1.5μm;具有多孔結(jié)構(gòu)，BET比表面積為30.6 m2 g-1，平均孔徑為11.6 nm;振實(shí)密度達(dá)1.2～1.3 g cm-3。以此LiFePO4微球材料作為鋰離子電池正極材料，表現(xiàn)出良好的倍率性能和穩(wěn)定的

3、循環(huán)性能，其中，5C和10C放電比容量分別為100 mAh g-1和90 mAh g-1，以10C倍率充放電100個(gè)循環(huán)后，放電容量僅衰減了2％，平均的庫倫效率為99％;經(jīng)循環(huán)伏安曲線計(jì)算得知，鋰離子擴(kuò)散系數(shù)約為6.25×10-9 cm2 s-1。
　　以不同鋰含量配比的原料制備了微米球形LiFePO4材料，研究了原料非化學(xué)計(jì)量比對產(chǎn)物形貌、結(jié)構(gòu)、相組成和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，鋰適當(dāng)過量的Li1+xFePO4(x～0.08)

4、材料具有最佳電化學(xué)性能。其中，在化學(xué)計(jì)量比材料Li1.0FePO4中存在鋰缺位，由于Fe離子反位，占據(jù)鋰離子的位置，阻塞鋰離子擴(kuò)散通道，導(dǎo)致電化學(xué)性能變差;如果過量添加太多的鋰源，產(chǎn)物中將存在Li3PO4和Li4P2O7雜質(zhì)相，這些非活性物質(zhì)組份的存在，會(huì)減小電極材料整體的放電比容量;只有添加適量的鋰源，所合成的Li1+xFePO4(x～0.08)材料，產(chǎn)物中不含Li3PO4和Li4P2O7雜質(zhì)相，也未出現(xiàn)Fe離子反位現(xiàn)象，才可獲得最佳

5、的電化學(xué)性能。
　　針對提高LiFePO4材料的電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性，采用包覆碳和磁控濺射沉積Li3PO4的方法，對LiFePO4材料進(jìn)行了表面改性研究。研究表明，適量的碳包覆能夠同時(shí)提高LiFePO4材料的電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性，使電極反應(yīng)更容易進(jìn)行，從而有效提高材料的倍率性能;在LiFePO4材料表面適量沉積Li3PO4可以提高材料表面的離子導(dǎo)電性，使其充放電的倍率性能得到一定程度的提高。
　　采用微波水熱法，還研制出

6、錫碳復(fù)合負(fù)極材料。采用可溶性淀粉與金屬Sn粉作原料，可控合成出核殼結(jié)構(gòu)SnO2/C微球和多孔結(jié)構(gòu)SnP2O7/C微球。研究了核殼結(jié)構(gòu)SnO2/C微球材料的生長機(jī)理、形貌結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能，核殼結(jié)構(gòu)SnO2/C微球材料表現(xiàn)出穩(wěn)定的循環(huán)性能;研究了多孔SnP2O7/C微球的形貌及電化學(xué)性能，該微球內(nèi)部彌散著大量的SnP2O7顆粒，由于這些SnP2O7顆粒被固定在碳基體中，充放電過程中微球結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，特別是高倍率下充放電循環(huán)性能穩(wěn)定。