鋰離子電池正極材料LiFePO4碳包覆與摻雜改性研究.pdf

1、鋰離子電池是一種高效的能量轉(zhuǎn)換工具，在緩解能源危機(jī)和提高材料的利用率方面發(fā)揮著重要作用。磷酸鐵鋰(LiFePO4)作為鋰離子電池正極材料，具有理論比容量高、循環(huán)性能好、對(duì)環(huán)境無污染、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的發(fā)展前景。然而，磷酸鐵鋰較低的振實(shí)密度和電子電導(dǎo)率，以及較小的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)等缺點(diǎn)使它的體積比能量小，大電流充放電能力差，這都嚴(yán)重阻礙了它在商業(yè)電池中的應(yīng)用。改進(jìn)磷酸鐵鋰制備工藝，碳包覆以及金屬離子摻雜可以提升它的性能。
　　

2、 采用固相燒結(jié)制備磷酸鐵鋰，在制備原料的選取、碳源的選擇和優(yōu)化、過渡金屬離子摻雜及優(yōu)化三方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過X射線衍射、掃描電子顯微鏡、熱重分析、恒流充放電、循環(huán)伏安、電化學(xué)阻抗譜等方法對(duì)制備出的產(chǎn)物進(jìn)行表征及測(cè)試。
　　 分別以LiOH·H2O，Li2CO3為鋰源，以FePO4，F(xiàn)eC2O4·2H2O為鐵源，葡萄糖為碳源，研究不同的鋰、鐵源對(duì)LiFePO4/C性能的影響。結(jié)果表明:不同鋰鐵原料均可制備出純凈的橄欖石型LiFeP

3、O4，以Li2CO3和FeC2O4·2H2O為鋰、鐵源制備出LiFePO4/C材料的放電比容量高，循環(huán)穩(wěn)定性好，電荷轉(zhuǎn)移阻抗低，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性能好。在0.2C、0.5C、1C和5C放電倍率下，放電比容量分別達(dá)到142 mAh/g、134mAh/g、110mAh/g和42mAh/g，1C下50個(gè)循環(huán)后放電比容量基本不變。
　　 以Li2CO3、FeC2O4·2H2O、NH4H2PO4為制備原料，分別加入葡萄糖、檸檬酸、蔗糖作為不同的

4、碳源，在研究不同的碳源及碳源添加量對(duì)LiFePO4性能的影響。結(jié)果表明:碳包覆LiFePO4/C顆粒的團(tuán)聚程度降低。在不同放電倍率下的放電比容量均比未包覆時(shí)有所增加，其中以葡萄糖為碳源的LiFePO4/C在各個(gè)倍率下的放電比容量最高，且循環(huán)穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)。在0.2C、0.5C、1C放電倍率下，當(dāng)葡萄糖與鋰元素的摩爾比為4∶15時(shí)的LiFePO4/C具有最高的放電比容量，分別達(dá)到142 mAh/g、133 mAh/g、、128mAh/g;

5、在5C下，當(dāng)葡萄糖與鋰元素的摩爾比為6∶15的樣品具有最高的放電比容量，達(dá)到81 mAh/g。
　　 以Li2CO3、FeC2O4·2H2O、NH4H2PO4、C6H12O6（葡萄糖）為原料，并添加不同的過渡金屬乙酸鹽（乙酸錳、乙酸鈷、乙酸鎳、乙酸鋅），研究摻雜金屬離子及摻雜量對(duì)LiFePO4/C性能的影響。結(jié)果表明:LiFe0.9M0.1PO4/C(M=Mn、Co、Ni、Zn)及LiFe1-xNixPO4/C(x=0、0.05

6、、0.1、0.15)樣品的晶體結(jié)構(gòu)均與橄欖石型LiFePO4相同，摻雜的過渡金屬元素以固溶形式存在于LiFePO4相中。在較低放電倍率下，LiFe0.9M0.1PO4/C(M=Mn、Co、Ni、Zn)的放電比容量均小于未摻雜時(shí)的LiFePO4/C，同時(shí)循環(huán)穩(wěn)定性略微降低。摻雜后的樣品在5C下的放電性能較好，以LiFe0.9Ni0.1PO4/C的放電容量最高。LiFe1-xNixPO4/C(x=0、0.05、0.1、0.15)的放電比容量