鋰離子電池正極材料LiFePO4-C的制備及陰離子摻雜改性研究.pdf

1、橄欖石型LiFePO4材料由于對(duì)環(huán)境友好、成本低、熱穩(wěn)定性好、無(wú)吸濕性、循環(huán)性能和安全性能優(yōu)良,是一種極具應(yīng)用潛力的動(dòng)力鋰離子電池正極材料。但由于晶體結(jié)構(gòu)的限制,其電子電導(dǎo)率和離子擴(kuò)散速率很低,嚴(yán)重阻礙了它的商品化應(yīng)用。
　　本文在論述正極材料研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上,以橄欖石結(jié)構(gòu)LiFePO4為研究對(duì)象,重點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行陰離子摻雜的改性研究。分別采用優(yōu)化工藝的高溫固相法及水熱合成法對(duì)LiFePO4進(jìn)行F–摻雜改性的系統(tǒng)研究。利用SEM、TE

2、M表征材料的表面形貌,XRD分析材料的微觀結(jié)構(gòu),電池測(cè)試系統(tǒng)研究材料循環(huán)性能及充放電性能,電化學(xué)阻抗和循環(huán)伏安曲線(xiàn)分析材料的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。具體工作及結(jié)果概括為如下幾個(gè)方面:
　　采用高溫固相法以L(fǎng)i2CO3、FeC2O4·2H2O、NH4H2PO4為原料,C6H12O6為碳源和還原劑,合成了LiFePO4/C,并研究了合成溫度、燒結(jié)時(shí)間對(duì)材料結(jié)構(gòu)和性能的影響,確定了優(yōu)化的工藝參數(shù)為合成溫度700℃,合成時(shí)間為12h。在此優(yōu)化工藝

3、下合成的LiFePO4/C正極材料具有單一的橄欖石型LiFePO4結(jié)構(gòu),在0.1C下首次放電容量為152.03mAh/g,充放電效率為98.9％,30次循環(huán)后的容量保持率為97%。
　　采用優(yōu)化工藝參數(shù)的高溫固相法合成了F–離子摻雜的LiFePO4/C,使用XRD、SEM、EIS等方法來(lái)研究材料電化學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系。合成的LiFe(PO4)1-xF3x/C(x=0,0.01,0.03,0.05)正極材料均具有單一的橄欖石型L

4、iFePO4結(jié)構(gòu),材料0.1C的初始容量分別為153.4mAh/g、159.74mAh/g、165.06mAh/g和162.47mAh/g。
　　探討了其他改性方法,采用水熱法合成了F–離子摻雜的LiFePO4/C材料,并研究了F–離子摻雜對(duì)LiFePO4正極材料結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能方面的影響。通過(guò)XRD和XPS的分析,證明材料均具有單一的橄欖石型LiFePO4結(jié)構(gòu),說(shuō)明F–離子摻雜進(jìn)入材料的晶格結(jié)構(gòu)中,而且沒(méi)有改變材料的晶格結(jié)構(gòu),