LiFePO4正極材料的溶劑熱合成改性及電化學(xué)性能研究.pdf

1、橄欖石型LiFePO4材料因其來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、對(duì)環(huán)境友好、放電電壓平穩(wěn)、循環(huán)性能和安全性能優(yōu)異等眾多優(yōu)點(diǎn)，成為了新一代最具發(fā)展前景的鋰離子電池正極材料。本文以合成具備優(yōu)良性能的LiFePO4材料為目標(biāo)，采用溶劑熱法合成工藝，并對(duì)合成的LiFePO4材料進(jìn)行改性，碳包覆后合成了LiFePO4/C復(fù)合材料；運(yùn)用XRD、SEM、FTIR和恒電流充/放電等技術(shù)對(duì)LiFePO4材料的合成及改性工藝與結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　

2、 采用溶劑熱法可制備出物相單一，均勻的LiFePO4正極材料，合成材料的晶體結(jié)構(gòu)完整，形貌規(guī)則，顆粒尺寸均勻。系統(tǒng)研究并優(yōu)化了溶劑熱法合成LiFePO4材料的工藝參數(shù)，探討了采用溶劑熱法合成的工藝參數(shù)與材料組織結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，得到的優(yōu)化工藝為：初始反應(yīng)物濃度為3mol·L-1，溫度190℃反應(yīng)24h。該工藝條件下合成的樣品經(jīng)后續(xù)碳包覆熱處理后表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，0.1C倍率下首次充放電比容量分別為154.8和150.2mAh·g

3、-1，效率為97.0％。
　　 不同初始反應(yīng)物濃度制備樣品的結(jié)構(gòu)與性能比較研究表明，當(dāng)初始反應(yīng)物濃度為3mol·L-1時(shí)，合成材料有完整的晶體結(jié)構(gòu)及較好的電化學(xué)性能。不同溶劑熱溫度和時(shí)間制備樣品的結(jié)構(gòu)與性能比較研究表明，溶劑熱反應(yīng)溫度和時(shí)間對(duì)合成材料的晶體結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能有較大影響。隨著反應(yīng)溫度升高，時(shí)間延長(zhǎng)，合成材料衍射峰強(qiáng)度增強(qiáng)，結(jié)晶更完整，同時(shí)晶粒長(zhǎng)大。在190℃反應(yīng)24h合成的樣品表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，0.1C首次充放

4、電比容量分別為154.8和150.2mAh·g-1，效率為97.0％。此外，在不同倍率下充放電都保持了較好的循環(huán)性能，在經(jīng)過(guò)多次循環(huán)充放電后，放電比容量沒(méi)有明顯的衰減，仍保持在120mAh·g-1以上。不同溶劑熱條件下所制備各樣品的振實(shí)密度值都非常接近，僅有很小的差異，所有合成樣品的振實(shí)密度都在1.25g·cm-3以上，說(shuō)明采用溶劑熱法制備的材料流動(dòng)性及分散性較好，具有一定的產(chǎn)業(yè)化潛力。
　　 先利用溶劑熱法合成LiFePO4晶

5、體，再進(jìn)行碳包覆高溫處理，合成LiFePO4/C復(fù)合材料。碳的加入并沒(méi)有改變LiFePO4的晶體結(jié)構(gòu)，高溫處理使晶體結(jié)構(gòu)更加完善，但晶粒并無(wú)明顯長(zhǎng)大，形貌依然很規(guī)則，顆粒尺寸均勻；XRD、FTIR及SEM等表征表明碳以無(wú)定形碳均勻包覆于LiFePO4表面形成導(dǎo)電碳網(wǎng)，顯著提高了材料的電化學(xué)性能。當(dāng)碳包覆量為5％，碳包覆熱處理溫度為700℃時(shí)，所得樣品具有最佳的綜合性能：振實(shí)密度為1.23g·cm-3，其在0.1C倍率下的首次充放電比容量