微波裂解離子液體合成LiFePO4-C正極材料及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、針對鋰離子電池正極材料 LiFePO4離子擴(kuò)散速率和電子電導(dǎo)率較低的缺陷，目前采取的主要改性方法為優(yōu)化合成工藝控制其顆粒尺寸、添加導(dǎo)電性物質(zhì)和添加導(dǎo)電金屬離子等。其中碳作為導(dǎo)電性物質(zhì)已被廣泛應(yīng)用，研究表明對 LiFePO4材料進(jìn)行碳包覆可以極大地提高其電子電導(dǎo)率，從而改善電化學(xué)性能。以離子液體作為碳源對磷酸鐵鋰進(jìn)行碳包覆的研究在國內(nèi)外都非常少見。
　　離子液體具有蒸汽壓低、性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，有利于在 LiFePO4材料表面形成均質(zhì)碳

2、膜，碳膜與 LiFePO4材料間也易于形成復(fù)合物界面層。為了研究以離子液體作為碳源，合成 LiFePO4/C正極材料的碳膜特性，進(jìn)一步提高其電化學(xué)性能，本論文采用微波裂解離子液體對LiFePO4材料進(jìn)行碳包覆。采用X射線衍射儀（XRD），掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）對材料的化學(xué)成分、表面形貌和晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析表征；采用恒電流充放電測試其電化學(xué)性能。
　　本論文的主要內(nèi)容有以下三方面：
　?。?）微波裂解離子液體對

3、水熱法合成的 LiFePO4進(jìn)行碳包覆：
　　以LiOH·H2O、FeSO4·7H2O和H3PO4為原料，采用微波水熱法合成LiFePO4材料，微波裂解離子液體1-乙基-3-甲基咪唑雙氟甲烷磺酰亞胺鹽（C8H11F6N3O4S2）對其進(jìn)行碳包覆，合成 LiFePO4/C正極材料。
　　分析表征結(jié)果表明：該工藝下合成的磷酸鐵鋰具有較規(guī)則的梭狀形貌，顆粒長度約為4~5μm且較均勻；離子液體1-乙基-3-甲基咪唑雙氟甲烷磺酰亞胺鹽

4、適合作為碳源，它的添加不會改變 LiFePO4材料的橄欖石晶體結(jié)構(gòu)，也不會改變 LiFePO4材料顆粒的表面形貌和尺寸，形成的碳膜厚度約為15nm；合成的 LiFePO4/C正極材料具有較高的首次放電比容量（137.2mAh·g-1）和良好的循環(huán)性能。
　?。?）微波裂解離子液體對固相法合成的 LiFePO4進(jìn)行碳包覆：
　　以FePO4、LiCO3和MgC2O4為原料，采用高溫固相法合成 Mg摻雜Li0.98Mg0.02F

5、ePO4材料，微波裂解離子液體1-丁基-3-甲基咪唑二腈胺（C10H15N5）對其進(jìn)行碳包覆，合成 Li0.98Mg0.02FePO4/C正極材料。
　　分析表征結(jié)果表明：該工藝下合成的磷酸鐵鋰顆粒尺寸約為3~4μm；離子液體1-丁基-3甲基咪唑二腈胺適合作為碳源，它的添加不會改變LiFePO4材料的橄欖石晶體結(jié)構(gòu)；合成的 LiFePO4/C正極材料具有較高的首次放電比容量（126.9mAh·g-1）和良好的循環(huán)性能。
　　

6、（3）微波加熱一步合成 LiFePO4/C材料：
　　以Li2CO3、FePO4、MgC2O4和離子液體1-丁基-3-甲基咪唑二腈胺（C10H15N5）為原料，采用微波加熱法一步合成 Mg摻雜的Li0.98Mg0.02FePO4/C正極材料。
　　分析表征結(jié)果表明：離子液體為碳源的碳包覆工藝不會改變磷酸鐵鋰的橄欖石結(jié)構(gòu)，適當(dāng)?shù)碾x子液體1-丁基-3甲基咪唑二腈胺的加入量，反而有利于獲得顆粒均勻的磷酸鐵鋰材料，以及包覆完整、厚度