鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的制備及性能研究.pdf

1、自從1997年Goodenough發(fā)現(xiàn)磷酸鐵鋰插入/脫嵌鋰離子的性質(zhì)以來，其作為鋰離子電池正極材料已經(jīng)受到廣泛地關(guān)注和認(rèn)同。磷酸鐵鋰?yán)碚撊萘窟_(dá)到170 mAh·g-1，在3.45 V（vs Li+/Li）附近有穩(wěn)定充放電電壓平臺(tái)，保證了穩(wěn)定的電壓輸出和較高的理論比能量密度。制備磷酸鐵鋰所需各原料來源廣泛且無毒無害，利于大規(guī)模應(yīng)用和降低生產(chǎn)成本。雖然目前鋰礦產(chǎn)相對(duì)緊缺，但鋰在地殼中仍具有較高的豐度。經(jīng)歷多年的研究，磷酸鐵鋰已經(jīng)開始替代鈷酸

2、鋰作為鋰離子電池的正極材料，特別是作為電動(dòng)汽車動(dòng)力電池方面已經(jīng)取得實(shí)際應(yīng)用的突破。本文通過改進(jìn)化學(xué)插鋰法，研究了耗時(shí)較短、耗能較低的固態(tài)插鋰法制備磷酸鐵鋰的方法，并利用碳材料對(duì)其進(jìn)行改性。本論文的主要工作有:
　　(1)采用液相共沉淀法以氯化鐵和磷酸氫二銨為原料制備水合磷酸鐵，在300℃左右利用碘化鋰作為還原劑和鋰源還原水合磷酸鐵制備無定形水合磷酸鐵鋰。升高溫度至400℃以上保持2h，水合磷酸鐵鋰脫水結(jié)晶生成橄欖石型磷酸鐵鋰晶體。

3、對(duì)反應(yīng)歷程和原理進(jìn)行了研究，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)條件。得到在700℃下結(jié)晶的磷酸鐵鋰在0.1C倍率下比容量為140.1 mAh·g-1，達(dá)到理論容量的82.4％，放電電壓平臺(tái)在3.43 V;充放電倍率高達(dá)10C時(shí)，放電比容量83.1 mAh·g-1，為理論容量48.8％。
　　(2)利用碳包覆法對(duì)固態(tài)插鋰法制備的磷酸鐵鋰進(jìn)行改性研究。探索出兩步法制備磷酸鐵鋰/碳復(fù)合物的方法。首先在300℃附近生成無定形水合磷酸鐵鋰，利用葡萄糖作為碳源對(duì)其進(jìn)

4、行包覆，300℃下裂解1h，700℃下保持2h結(jié)晶得到最終產(chǎn)物。該樣品在0.1C倍率下放電比容量達(dá)到159.4 mAh·g-1，達(dá)到理論比容量的93.8％，放電電壓平臺(tái)在3.41 V，平臺(tái)電壓差為40 mV;在10C倍率下時(shí)放電比容量達(dá)到117.6 mAh·g-1，達(dá)到理論值的69.2％，放電比容量比純相磷酸鐵鋰高41.5％。
　　(3)通過引入石墨烯對(duì)磷酸鐵鋰進(jìn)行改性，得到磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合物。首先利用共沉淀法將氧化石墨烯與水