高性價比鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的合成及改性研究.pdf

1、LiFePO4材料具有原料來源豐富、價格便宜、環(huán)境友好、理論容量高、循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性能好等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的鋰離子電池正極材料之一。但是,LiFePO4正極材料的低電子電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散速率,導(dǎo)致其高倍率性能不佳,影響該材料在鋰離子電池中的應(yīng)用。本論文以提高LiFePO4的電子電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散速率從而提高材料的電化學(xué)性能,以及降低生產(chǎn)成本為主要目的,通過便于工業(yè)化生產(chǎn)的高溫固相法制備LiFePO4/C復(fù)合材料及其離子摻雜復(fù)

2、合材料,利用X-射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)等物理測試方法及電化學(xué)測試技術(shù),系統(tǒng)地研究焙燒溫度、反應(yīng)時間、鐵源、碳源、Mn2+摻雜量等條件對復(fù)合材料的物理性能和電化學(xué)性能的影響,并優(yōu)化合成工藝條件,為LiFePO4/C復(fù)合材料工業(yè)化提供參考。
　　LiFePO4的成本和性能是決定該材料在鋰離子電池中應(yīng)用的關(guān)鍵。本論文以廉價的FeSO4·7H2O為鐵源,采用固相法合成了鋰離子電池正極材料—橄欖石型LiFePO4/C復(fù)合材料

3、。利用XRD和SEM及電化學(xué)測試技術(shù)研究合成條件對LiFePO4/C復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、形貌、電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,焙燒溫度、反應(yīng)時間和碳源均對材料的性能有較大的影響。其中,用蔗糖作碳源,在700℃煅燒15h制得的樣品具有均一的橄欖石型結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的電化學(xué)性能。
　　研究了以FeC2O42H2O為鐵源,固相法合成條件對LiFePO4/C復(fù)合材料的物理性能和電化學(xué)性能的影響,并優(yōu)化合成條件。并且考察了廉價的FeSO4·7H2O和昂貴

4、的FeC2O42H2O兩種鐵源在各自優(yōu)化條件下合成的LiFePO4/C復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能的差異。結(jié)果表明,以硫酸亞鐵為鐵源合成的LiFePO4/C在2.3~4.2V電壓范圍內(nèi),0.1C、0.5C和1C倍率的放電比容量分別穩(wěn)定在150mAh/g、140mAh/g和130mAh/g左右,容量與草酸亞鐵為鐵源合成的LiFePO4/C的容量相當(dāng)。但前者在5C倍率放電時,30次循環(huán)后,容量仍高達(dá)105.2mAh/g,而后者30次循環(huán)

5、后,容量僅為95.7mAh/g,并且前者的循環(huán)性能和大倍率放電性能均優(yōu)于后者。
　　利用高溫固相法合成了一系列Mn2+摻雜化合物L(fēng)iMnyFe1-yPO4(y=0.2,0.4,0.6,0.8),考察了Mn2+摻雜量對材料性能的影響。結(jié)果表明,樣品中錳的含量對樣品的形貌影響較小,所有的LiMnyFe1-yPO4材料在放電過程中均出現(xiàn)3.5V和4.0V兩個電壓平臺,Mn2+的摻雜減小了氧化還原峰電位差,改善了材料的電化學(xué)性能,其中Li