鋰離子電池正極材料LiFePO4的合成工藝及改性研究.pdf

1、橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4是目前最有發(fā)展?jié)摿Φ男乱淮囯x子二次電池正極材料之一，它具有約170 mAh/g的理論比容量，較高的放電電壓（vs. Li+/Li為3.4 V），良好的循環(huán)性能，優(yōu)異的高溫性能和熱穩(wěn)定性，無毒且價格低廉。因此，LiFePO4在數(shù)碼產(chǎn)品、電動工具、輕型電動車以及儲能設(shè)備等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，并成為中大容量、中高功率鋰離子電池首選的正極材料。
　　本文對鋰離子電池的發(fā)展概況及正極材料的研究進(jìn)展做了簡要說明，在

2、介紹LiFePO4正極材料結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上總結(jié)了目前LiFePO4材料存在的幾種脫嵌鋰機(jī)理及主要制備方法，綜述了目前國內(nèi)外對LiFePO4材料在有關(guān)碳包覆、離子摻雜、減小尺寸以及形貌控制等方面的研究進(jìn)展，并基于課題組前期研究工作提出了本論文的研究內(nèi)容及意義。
　　在實驗室條件下本論文對紊流循環(huán)法制備微納結(jié)構(gòu)磷酸鐵原材料和碳熱還原法制備LiFePO4/C復(fù)合材料的工藝進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，對樣品的性能進(jìn)行了表征和測試。采用紊流循環(huán)法合成

3、了超細(xì)磷酸鋰粉體，并研究了其對LiFePO4/C材料電化學(xué)性能的改性作用。
　　首先，對磷酸鐵粉體原料進(jìn)行了可控合成。研究結(jié)果表明，在紊流循環(huán)方式下采用共沉淀法制備的磷酸鐵晶相純凈，粒度小且分布窄，其中位粒徑D50=2.12μm，為具有特征性微納結(jié)構(gòu)的粉體材料，該材料純度高，主要雜質(zhì)離子總含量在50 ppm以下，且鐵磷比為0.998，與理論值相符，適合作為合成LiFePO4的原材料。
　　其次，以合成的微納結(jié)構(gòu)磷酸鐵為鐵源和

4、磷源，碳酸鋰為鋰源，聚合物溶膠作為碳源（包覆2~3％的碳量），采用新的坩堝體系在空氣氣氛爐中合成LiFePO4/C復(fù)合材料。測試結(jié)果表明其結(jié)晶性好，為分布均勻的類球形顆粒，且最小粒子在1μm以下，該材料表現(xiàn)出較好的電化學(xué)性能，在2.0~4.2 V電壓范圍內(nèi)進(jìn)行恒流充放電測試，0.1 C倍率下其首次放電比容量達(dá)到152.7 mAh/g，30圈后放電容量保持在148.9 mAh/g，容量保持率為97.5%，在1 C、2 C和3 C倍率下，3

5、0圈后的放電容量保持率分別為98.5%、100.7%和99.2%，表現(xiàn)出一定的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　最后，在紊流循環(huán)方式下采用共沉淀法合成磷酸鋰粉體，測試結(jié)果表明其晶相純凈，顆粒分布均勻，其粒度分布為單峰，且 D50=3.25μm，用氮?dú)馕椒y得比表面積（BET）為13.38 m2/g，該粉體在750℃以下熱穩(wěn)定性良好。將該材料加入1 mol/L的LiPF6/(EC+DMC+MC)（體積比1:1:1）電解液中，組裝的磷酸鐵鋰電池在不