鋰離子電池用LiFePO4的離子熱法制備及改性研究.pdf

1、LiFePO4正極材料具有理論容量高、電壓平臺平穩(wěn)、安全性能佳、原材料低廉、對環(huán)境友好、循環(huán)性能好等優(yōu)點(diǎn)被人們認(rèn)為是最具潛力的鋰離子電池正極材料。但由于LiFePO4正極材料自身極低的電子電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散速率，嚴(yán)重阻礙了LiFePO4電池的大規(guī)模商業(yè)化，尤其在動(dòng)力電源領(lǐng)域的應(yīng)用。本論文以自制離子液體為反應(yīng)介質(zhì)，采用離子熱法制備磷酸鐵鋰(LiFePO4)正極材料，開展LiFePO4的離子熱法制備，并進(jìn)行金屬摻雜和碳包覆，探索材料結(jié)構(gòu)與電

2、化學(xué)性能間的關(guān)系，改善LiNi0.05Fe0.95PO4和LiFePO4正極材料的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)鋰離子電池材料具有高倍率、長壽命等優(yōu)良性能。主要內(nèi)容如下:
　　 1、以乙醇胺乙酸鹽為反應(yīng)介質(zhì)，F(xiàn)eSO4·7H2O、(NH4)2HPO4和LiOH·H2O為原料，采用離子熱法制備了LiFePO4，考察了不同反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間對制備的LiFePO4樣品的影響，結(jié)果表明:160℃、12h下制備的樣品形貌最規(guī)則，呈玉米棒狀，棒長約1μm，中

3、間直徑為200～300nm，無團(tuán)聚現(xiàn)象，并且在倍率0.1C下，首次放電比容量最高，達(dá)140.7mAh·g-1，但隨著充放電電流的增大，放電比容量急劇下降，導(dǎo)電性能較差。
　　 2、在研究不同煅燒溫度和碳源混合法對160℃、12h下制備的LiFePO4進(jìn)行碳包覆時(shí)發(fā)現(xiàn)，碳源液相混合法下700℃、3h熱處理覆碳后得到了形貌規(guī)整、分散性良好的玉米棒狀的LiFePO4/C復(fù)合材料樣品，TEM照片顯示，LiFePO4顆粒的表面包覆有一層約

4、為1.8nm的碳層，倍率0.1C下，首次放電比容量最高，達(dá)到162.5mAh·g-1;放電平臺穩(wěn)定，倍率性能良好，倍率5C下放電比容量達(dá)136.8mAh/g;循環(huán)性能穩(wěn)定，倍率0.1C、1C、5C下，30次循環(huán)后放電容量無明顯衰減。
　　 3、在離子液體二乙醇胺乳酸鹽中對LiFePO4的Ni摻雜改性，結(jié)果發(fā)現(xiàn):常壓180℃、10h下制備出了屬斜方晶系空間群為Pmnb橄欖石型晶體結(jié)構(gòu)的LiFe0.95Ni0.05PO4材料，Ni摻

5、雜導(dǎo)致LiFePO4顆粒粒度變小，棒狀形態(tài)向紡錘狀轉(zhuǎn)化，紡錘體狀LiFe0.95Ni0.05PO4的直徑約為250nm，顆粒分散性較好。
　　 4、在N2保護(hù)氣中，650℃、3h下實(shí)現(xiàn)了LiFe0.95Ni0.05PO4有效碳包覆，LiFe0.95Ni0.05PO4/C復(fù)合材料具有良好的充放電性能，室溫下，0.1C倍率的首次放電比容量為165.4mA·h/g，高倍率放電性能較好，0.5C、1C、2C和5C倍率下放電比容量分別為1