鋰離子電池正極材料LiFePO4的水熱合成、形貌控制及電化學性能研究.pdf

1、磷酸鐵鋰是正交晶系的橄欖石結(jié)構(gòu)。自從Goodenough在1997年對其進行報道后，磷酸鐵鋰受到了人們極大的關注。磷酸鐵鋰具有較高的理論比容量、循環(huán)穩(wěn)定性好、充放電電壓平臺平穩(wěn)、工作電壓高、資源豐富、價格低廉、對環(huán)境無污染等優(yōu)點，被認為是最具有前景的鋰離子電池正極材料之一。然而磷酸鐵鋰存在導電率低和鋰離子擴散速率低的缺點，嚴重阻礙了其在市場上的應用。在目前的研究中通常采用包覆導電劑、摻雜金屬離子、減小顆粒尺寸等方法解決以上問題，從而提高

2、磷酸鐵鋰的電化學性能。本論文擬合成納米結(jié)構(gòu)組裝構(gòu)成的多孔磷酸鐵鋰微米球并對其進行碳包覆，研究其電化學性能。
　　 本論文首先使用兩步法合成磷酸鐵鋰，即用磷酸二氫銨和九水硝酸鐵水熱合成磷酸鐵，再和鋰源、碳源混合固相合成磷酸鐵鋰/碳復合材料。本實驗重點討論了水熱反應中反應溫度、時間、乙二胺、有機溶劑對磷酸鐵結(jié)構(gòu)及形貌的影響。實驗結(jié)果顯示，在150℃、8h或者180℃、5h，并且添加乙二胺的條件下得到的形貌是納米片組裝構(gòu)成的具有多孔結(jié)

3、構(gòu)的花狀微米球;在150℃、8h或者180℃、5h，不添加乙二胺的條件下得到的形貌是納米顆粒組裝構(gòu)成的具有多孔結(jié)構(gòu)的微米球。進一步的研究表明四組條件制備出的磷酸鐵含有氧化鐵雜質(zhì)，導致在合成磷酸鐵鋰的過程中產(chǎn)生了鐵單質(zhì)。鐵單質(zhì)的存在嚴重阻礙了鋰離子的傳輸，使得四組磷酸鐵鋰材料的比容量都不足30mAh/g。
　　 從上述結(jié)果我們認識到兩步法會使得合成的磷酸鐵鋰中含有雜質(zhì)，因此本論文設計用水熱法一步合成磷酸鐵鋰/碳復合材料。本實驗主要

4、探索了水熱反應的溫度、時間、水/乙二醇比對磷酸鐵鋰形貌和結(jié)構(gòu)的影響。實驗結(jié)果顯示，在200℃反應6h，并且水/乙二醇的體積比為1∶1時，磷酸鐵鋰的形貌最規(guī)則并且尺寸均一;反應的樣品在70℃熱處理2h后得到了雜相很少的磷酸鐵鋰。循環(huán)伏安曲線表明，磷酸鐵鋰的氧化峰出現(xiàn)在3.62V左右，而還原峰出現(xiàn)在3.27V左右。循環(huán)穩(wěn)定性數(shù)據(jù)顯示未包覆碳的磷酸鐵鋰的首圈充電比容量只有14.2mAh/g，但是包覆碳之后，磷酸鐵鋰/碳復合材料的充電比容量在5