磷酸鐵鋰正極材料的應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、磷酸鐵鋰(LiFePO<,4>)作為新型鋰離子電池正極材料具有高安全性、低成本、高溫性能好、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),因而成為目前電池界競(jìng)相開發(fā)與研究的熱點(diǎn).本文以磷酸鐵鋰作為研究目標(biāo),系統(tǒng)地對(duì)其合成工藝、材料改性、結(jié)構(gòu)表征、電化學(xué)性能以及電極動(dòng)力學(xué)性能等方面進(jìn)行了研究. 利用TG-DSC、XRD、SEM、LSD、CV、EIS以及充放電測(cè)試等方法研究了橄欖石型LiFePO<,4>正極材料的合成工藝.通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)及正交實(shí)驗(yàn)對(duì)合成過(guò)程中所用

2、原料、焙燒溫度、焙燒時(shí)間、惰性氣氛流量等工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,確定了合成磷酸鐵鋰最佳的工藝條件. 首次將TG-DTA熱分析技術(shù)應(yīng)用于研究LiFePO<,4>正極材料固相合成的動(dòng)力學(xué)過(guò)程.運(yùn)用Doyle-Ozawa法和Kissinger法計(jì)算合成過(guò)程中各個(gè)反應(yīng)階段的表觀活化能、反應(yīng)級(jí)數(shù)、頻率因子等動(dòng)力學(xué)參數(shù),為磷酸鐵鋰固相合成過(guò)程的進(jìn)一步放大和研究提供了預(yù)測(cè)依據(jù). 采用不同類型的碳導(dǎo)電劑前驅(qū)物對(duì)LiFePO<,4>正極材料進(jìn)

3、行表面包覆改性.實(shí)驗(yàn)表明,葡萄糖及甘油等有機(jī)導(dǎo)電劑前驅(qū)物具有較好的改性效果.考慮到適當(dāng)?shù)膿教剂繉?duì)于LiFePO<,4>正極材料容量和密度的綜合優(yōu)化是十分必要的,本文對(duì)葡萄糖的加入量進(jìn)行了篩選.結(jié)果表明,當(dāng)葡萄糖的加入量為10﹪時(shí),樣品具有良好的充放電動(dòng)力學(xué)特性,具有較高的充放電容量及穩(wěn)定的循環(huán)性能. 本文對(duì)磷酸鐵鋰正極材料的離子摻雜改性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究.從產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能方面考察了摻雜離子的改性效果,并嘗試從金屬離子半徑、

4、價(jià)態(tài)和LiFePO<,4>晶格內(nèi)部缺陷等方面分析離子摻雜改性的機(jī)制,提出了離子選擇的標(biāo)準(zhǔn),即采用離子半徑與Li<'+>相近,但具有更高價(jià)態(tài)的金屬離子進(jìn)行Li位摻雜能夠取得較好的改性效果. 嘗試對(duì)共沉淀法進(jìn)行改進(jìn),利用自制的加料裝置通過(guò)控制原料的滴加速度從而控制前驅(qū)物沉淀的生成速率,最終達(dá)到均勻沉淀.并成功利用該法對(duì)LiFePO<,4>進(jìn)行表面包覆改性,取得了較好的效果. 測(cè)定了鋰離子在IAFePO<,4>中脫嵌的OCV曲