鋰離子二次電池正極材料LiFePO4的合成及改性研究.pdf

1、磷酸鐵鋰(LiFePO4)因具有價格低廉、理論比容量較高、循環(huán)壽命長、環(huán)境友好且無毒等優(yōu)點一直被認(rèn)為是最具前景的鋰離子電池正極材料之一。然而，較低的電子電導(dǎo)率和離子遷移率限制了LiFePO4高倍率性能的發(fā)揮，嚴(yán)重制約著其商業(yè)化應(yīng)用。本文分別采用傳統(tǒng)的高溫固相法及簡易的絡(luò)合溶膠-凝膠法制備LiFePO4，并采用不同的手段對其進(jìn)行改性，旨在找到一種既有利于LiFePO4的規(guī)?；a(chǎn)，又能保證其具有較好電化學(xué)性能的合成方法。主要研究結(jié)果如下:

2、
　　1、以Li2CO3、FeC2O4·H2O、NH4H2PO4為主要原料通過高溫固相法合成了LiFePO4;此外，以PVA作為包覆碳源、TiO2作為摻雜劑合成了改性復(fù)合材料LiFe0.96Ti0.02PO4/C。結(jié)果表明，摻雜包覆作用并沒有改變活性材料的晶體結(jié)構(gòu)，LiFe0.96Ti0.02PO4/C依然具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性;而且LiFe0.96Ti0.02PO4/C的低溫性能與高倍率性能明顯優(yōu)于LiFePO4，在0℃時0.1C

3、的放電比容量為128.7mAh/g，在30℃時5C的放電比容量仍高達(dá)97.4mAh/g。
　　2、采用絡(luò)合溶膠-凝膠法制備了LiFePO4，并對預(yù)分解溫度、燒結(jié)溫度、燒結(jié)保溫時間、液相體系的pH值四項工藝參數(shù)進(jìn)行了探索。研究表明，各項工藝參數(shù)均對試樣的結(jié)構(gòu)形貌及電化學(xué)性能都有重要影響，最佳的制備工藝條件為:液相體系pH為3、350℃進(jìn)行預(yù)分解、700℃下保溫?zé)Y(jié)15h。以該工藝條件所合成的試樣結(jié)晶完善，顆粒細(xì)小均勻、形貌規(guī)則且單分

4、散效果好，試樣在0.1C倍率下首次放電比容量達(dá)到130.1mAh/g、充放電效率高達(dá)93.5％，經(jīng)20次循環(huán)后容量保持率為98.2％，具有良好的電化學(xué)性能。
　　3、在溶膠體系中加入非離子型表面活性劑PVP來控制試樣的顆粒形貌，考察其分子量及加入量對試樣電化學(xué)性能的影響。研究表明，PVP的分子量對試樣的形貌有重要影響，而加入量則影響活性材料的包覆碳量。當(dāng)制各0.02molLiFePO4時，向液相系統(tǒng)加入1gPVP-k30所合成的試

5、樣顆粒形貌規(guī)則、粒徑均勻細(xì)小且導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)較為完善，1C倍率下的放電比容量為132.2mAh/g，電化學(xué)性能表現(xiàn)最好。
　　4、對比研究了高溫固相法與溶膠-凝膠法分別制備的LiFe0.96Ti0.02PO4/C的形貌與電化學(xué)性能。實驗結(jié)果表明，采用溶膠-凝膠法制各的LiFe0.96Ti0.02PO4/C顆粒形貌更規(guī)則、粒徑更均勻細(xì)小、導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)更完善且摻雜均勻度更高，具有更好的倍率性能，8C倍率下放電比容量還能達(dá)到91.3mAh/g。