鋰離子電池正極材料的LiFePO4的制備及改性研究.pdf

1、橄欖石型磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)材料具有理論比容量高(170 mAh/g)，放電電壓平臺(tái)高(3.4V)，資源豐富，無毒且環(huán)境友好，充放電過程中體積變化小(約6.8％)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，受到科研人員的廣泛關(guān)注，被視為最有發(fā)展前途的新一代鋰離子電池正極材料。但是LiFePO4也有不足之處，Li+在固相中的擴(kuò)散系數(shù)低，電子導(dǎo)電能力差；振實(shí)密度低，克容量小；高倍率下充放電比容量低，循環(huán)性能較差；過低溫度環(huán)境下，電化學(xué)性能差，這些缺點(diǎn)限制了材

2、料的廣泛應(yīng)用。
　　本論文簡(jiǎn)單概述了鋰離子電池的發(fā)展過程及研究現(xiàn)狀，介紹了鋰離子電池正極材料及LiFePO4材料的研究進(jìn)程，對(duì)LiFePO4材料的結(jié)構(gòu)、工作原理、常用的合成和材料檢測(cè)方法及影響該材料性能的因素進(jìn)行了分析。本論文在分析了材料優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上提出改進(jìn)方法，具體如下：
　　1.本文以葡萄糖為碳源，自制的磷酸鋰為鋰源，采用模板水熱法合成高性能的LiFePO4/C材料，考察了添加不同量的十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)表面

3、活性劑、不同煅燒溫度及時(shí)間對(duì)材料結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)性能的影響。此外，實(shí)驗(yàn)著重考察了CTAB模板水熱法合成磷酸亞鐵鋰材料的低溫性能。結(jié)果表明添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)2％的CTAB，經(jīng)600℃，2h合成得到的樣品，性能良好。25℃時(shí)0.1C、5C首次放電比容量分別為153.6 mAh·g-1、111.2 mAh·g-1，-20℃時(shí)相同倍率比容量為104.4 mAh·g-1、70.3mAh·g-1，分別為25℃時(shí)放電比容量的68.0％、63.2％。

4、>　　2.實(shí)驗(yàn)采用簡(jiǎn)單的固相合成法，采用價(jià)格便宜的CuO作為銅源，加入過量的葡萄糖，在一定溫度下，葡萄糖分解的碳作為還原劑，將CuO還原成金屬銅，使C和Cu同時(shí)包覆在LiFePO4正極材料表面。改變燒結(jié)溫度和時(shí)間，以及CuO和葡萄糖的添加量?jī)?yōu)化出最佳合成條件，探討了同時(shí)包覆C和Cu對(duì)LiFePO4材料的影響，此外，實(shí)驗(yàn)著重考察了LiFePO4/(C+Cu)材料在不同倍率下的低溫性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，按最優(yōu)工藝條件制備的LiFePO4/(C

5、+Cu)材料得到的樣品顆粒大小均勻，呈球形。25℃時(shí)0.1C、5C首次放電比容量分別為161.3 mAh·g-1、119.9 mAh·g-1，-20℃時(shí)相同倍率比容量為113.4 mAh·g-1、83.8mAh·g-1，分別為25℃時(shí)放電比容量的70.3％、69.9％。
　　3.本文分別選用Fe2O3和FeC2O4.2H2O作為鐵源，采用三種稀土化合物(Yb2O3、Gd2O3、Nd(NO3)3.6H2O)做為摻雜離子，固相法制備正

6、極LiFePO4/C復(fù)合材料，分析了不同鐵源摻雜稀土離子合成的LiFePO4材料的微觀形貌和電化學(xué)性能，并考察了常溫下較優(yōu)材料的低溫性能。結(jié)果表明Fe2O3作為鐵源摻雜Gd3+合成的樣品25℃時(shí)0.1C、5C首次放電比容量分別為139.6 mAh·g-1、95.4 mAh·g-1，-20℃時(shí)下降到84.8 mAh·g-1、66.7mAh·g-1，同樣測(cè)試條件下，以FeC2O4.2H2O作為鐵源摻雜Gd3+合成的樣品0.1C、5C首次放電