LiFePO4正極材料的合成及其石墨烯復(fù)合改性研究.pdf

1、鋰離子電池正極材料LiFePO4因其價格便宜、環(huán)境友好、理論容量高、循環(huán)性能和安全性能好等諸多優(yōu)點，被認(rèn)為是航空航天、電動及混合動力汽車驅(qū)動電池的理想正極材料。然而，由于LiFePO4存在低電子導(dǎo)電率和Li+擴(kuò)散系數(shù)的固有缺陷，導(dǎo)致其電池的大電流充放電性能較差。目前對LiFePO4的研究主要集中在解決材料的導(dǎo)電性和改善Li+擴(kuò)散速率兩個方面。本文的研究工作也是圍繞以上問題而展開。
　　首先以Fe2(SO4)3和NH4H2PO4為原

2、料，采用液相沉淀法合成了FePO4·2H2O前驅(qū)體。根據(jù)溶度積原理研究了制備過程的pH條件，繪制了溶液濃度與沉淀pH值的關(guān)系圖。研究了加料方式和溶液濃度對材料形貌結(jié)構(gòu)、物理性能及電化學(xué)性能的影響。在優(yōu)化工藝條件下，采用并流加料方式，反應(yīng)物溶液濃度為0.5 mol·L-1時合成的FePO4·2H2O粒度均勻，分散性好，并以此為前驅(qū)體制備的正極材料的振實密度為0.97g·cm-3，在2.4～4.2 V電位范圍內(nèi)，材料在0.5C和1C下的首次

3、放電比容量分別為151.9mAh·g-1和144.0mAh·g-1，20次循環(huán)后容量保持率分別為99.27％和99.09％。
　　以氧化石墨烯作為模板，采用原位生成法將FePO4·2H2O粒子與氧化石墨烯復(fù)合獲得了GO-FePO4·2H2O復(fù)合材料。XRD、SEM和FTIR測試結(jié)果顯示:大部分FePO4·2H2O粒子成功附在氧化石墨烯片上。進(jìn)一步推斷了GO-FePO4·2H2O復(fù)合物的形成機(jī)理。
　　以GO-FePO4·2H

4、2O復(fù)合物為前驅(qū)體，采用碳熱還原工藝制備了LiFePO4/石墨烯/C復(fù)合正極材料。研究了煅燒氣氛、石墨烯和熱解碳含量對材料物理和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:在石墨烯和熱解碳含量分別為1.47％和1.8％，采用在體積比Ar/H2=95∶5的混合氣氛中煅燒工藝制備的LiFePO4/石墨烯/C復(fù)合正極材料的性能最佳。材料內(nèi)部大部分呈現(xiàn)彎曲、卷繞和褶皺形態(tài)的薄片狀石墨烯覆蓋并包裹在LiFePO4顆粒表面，與表面包覆的厚度約為2.3nm的熱解碳共