新型鋰離子電池正極材料Li2FeP2O7的合成及性能研究.pdf

1、正極材料是決定鋰離子電池電化學(xué)性能的重要因素之一。新型焦磷酸鹽結(jié)構(gòu)材料Li2FeP2O7，其放電比容量能達(dá)到110 mAh·g-1，放電平臺(tái)在3.5V，在所有Fe系磷酸鹽系列正極材料中電勢(shì)最高。相比LiFePO4，在沒有碳包覆和納米化改性的情況下，焦磷酸鐵鋰基本上能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)鋰離子理論容量，展現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。隨著技術(shù)的發(fā)展，甚至可以在高電位下實(shí)現(xiàn)兩個(gè)鋰離子充放電反應(yīng)。選擇適當(dāng)?shù)暮铣陕窂讲?yōu)化工藝，可以改善和提高材料的電子

2、導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性，為其發(fā)展成為新型動(dòng)力鋰離子材料提供參考。
　　本文采用固相機(jī)械球磨法燒結(jié)合成正極材料Li2FeP2O7，并對(duì)材料進(jìn)行金屬離子摻雜，采用X射線衍射(XRD)、X光電子能譜(XPS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、傅里葉紅外光譜(FTIR)等手段對(duì)材料的結(jié)構(gòu)、成份和形貌進(jìn)行了表征，并通過恒電流充放電、循環(huán)伏安(CV)和交流阻抗(EIS)等檢測(cè)方法對(duì)材料的電化學(xué)性能進(jìn)行了研究，探討了不同實(shí)驗(yàn)條件

3、下對(duì)正極材料Li2FeP2O7物理性能和電化性能產(chǎn)生的影響。
　　首先對(duì)固相球磨法的工藝進(jìn)行了優(yōu)化，研究了焙燒溫度、焙燒時(shí)間、碳包覆量和鋰源等條件對(duì)合成材料純度以及電化性能的影響。重點(diǎn)考察分析了合成Li2FeP2O7的熱反應(yīng)機(jī)理，發(fā)現(xiàn)固相燒結(jié)法制備Li2FeP2O7最佳合成溫度為650℃;并研究了不同鋰源(LiH2PO4、Li2CO3、LiOH、LiF)對(duì)材料Li2FeP2O7的物理化學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以LiH2PO4為鋰源

4、合成樣品純度最高，晶型最完整，顆粒尺寸最小;在0.025C倍率下放電，放電比容量可以達(dá)到110.3mAh·g-1，經(jīng)過不同倍率循環(huán)110次之后，放電比容量仍可以達(dá)到101.6 mAh·g-1，極化最小，展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，它比其他鋰源更適合制備Li2FeP2O7。
　　同樣采用固相合成法對(duì)Li2FeP2O7進(jìn)行了Fe位摻雜改性，合成樣品Li2Fe1-xMxP2O7/C(M=Ni，Zn，Ti，Nb)。研究表明，采用適量金屬離子摻

5、雜之后沒有影響其晶體結(jié)構(gòu)，同時(shí)有利于提高材料的電化性能，改善其電子導(dǎo)電率。特別是鎳摻雜對(duì)材料Li2FeP2O7電化學(xué)性能有較大影響，在0.025C倍率下放電，樣品Li2Fe0.98Ni0.02P2O7/C放電比容量可以達(dá)到110.2 mAh·g-1。循環(huán)伏安和交流阻抗分析說明合適的鎳摻雜量能夠提高其鋰離子遷移速率，改善其倍率性能和循環(huán)性能。與純相Li2FeP2O7相比，摻雜之后的樣品電化性能得到較大改善，經(jīng)過不同倍率循環(huán)100圈之后容量