天然產(chǎn)物改性鋰離子電池正極材料LiFePO4的制備及性能研究.pdf

1、橄欖石型LiFePO4被認(rèn)為是一種較理想的鋰離子電池正極材料，具有適中的電位平臺、價(jià)格低廉、環(huán)境友好、比容量高、循環(huán)性好等優(yōu)點(diǎn)，但極低的電導(dǎo)率影響其倍率性能，阻礙了商業(yè)化發(fā)展。因此，如何提高其電導(dǎo)率成為近年來研究的熱點(diǎn)。為了解決這一問題，目前主要通過碳包覆和金屬離子摻雜等措施來提高LiFePO4材料的導(dǎo)電性，進(jìn)而改善其電化學(xué)性能。本文在對鋰離子電池正極材料LiFePO4的研究進(jìn)展全面綜述的基礎(chǔ)上，采用高溫固相法和電化學(xué)法制備LiFePO

2、4/C復(fù)合材料，并對其結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)行詳細(xì)研究。
　　 本文以Li2CO3、FeC2O4·2H2O、NH4H2PO4為原料，天然產(chǎn)物為碳源，采用高溫固相法制備LiFePO4/C復(fù)合材料。通過X射線衍射(XRD)、電鏡掃描(SEM)、恒電流充放電測試及循環(huán)伏安法(CV)等手段對該材料的結(jié)構(gòu)、微觀形貌和電化學(xué)性能進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明，750℃煅燒溫度下保溫14h制備的LiFePO4/C復(fù)合材料具有較為完整的晶體結(jié)構(gòu)和良好的微觀

3、形貌。與未包覆碳的LiFePO4材料相比，XRD和SEM分析表明，天然產(chǎn)物包覆改性不僅不會改變該材料的晶體結(jié)構(gòu)，還能使晶體顆粒變得細(xì)小均勻。在包覆碳材料中，木質(zhì)素的改性效果最為理想，其包覆量為0％、5％、8％、10％時(shí)制備的LiFePO4/C復(fù)合材料其首次放電容量分別為83mAh/g、130.5mAh/g、150.2mAh/g、143.7mAh/g。CV測試表明，木質(zhì)素包覆量為8％改性的LiFePO4/C復(fù)合材料其鋰離子擴(kuò)散系數(shù)為1.5

4、6×10-8cm2/s，說明該材料具有良好的可逆性。
　　 以Li2CO3、FePO4·2H2O、木質(zhì)素摩爾比分別為1.05:2:2、1.05:2:3、1.05:2:4的三種原料配比，采用高溫固相法制備LiFePO4/C復(fù)合材料。XRD分析表明，三種原料配比制備的復(fù)合材料均具有LiFePO4的晶型結(jié)構(gòu)，其中配比為1.05:2:3制備的復(fù)合材料具有最優(yōu)的電化學(xué)性能，其首次放電容量為143mAh/g，經(jīng)過30次循環(huán)后放電比容量仍有1

5、39.3mAh/g，說明材料的循環(huán)性能較好。CV測試表明，其鋰離子擴(kuò)散系數(shù)為8.9×10-9cm2/s，比二價(jià)鐵源FeC2O4·2H2O制備的復(fù)合材料的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)低。
　　 以水或無水乙醇為溶劑，NH4H2PO4、鋰鹽和純鐵為主要原料，采用電化學(xué)法制備LiFePO4前驅(qū)體，再經(jīng)木質(zhì)素包覆處理后高溫煅燒制備LiFePO4/C復(fù)合材料。XRD分析表明，LiFePO4/C復(fù)合材料均具有單一的橄欖石型晶體結(jié)構(gòu)。SEM分析表明，在無水

6、乙醇溶劑中制備LiFePO4/C復(fù)合材料的粒徑細(xì)小且分布均勻，且具有優(yōu)越的高倍率充放電性能和良好的高循環(huán)壽命，在0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C的放電倍率下其首次放電比容量分別為153.6mAh/g、140mAh/g、130.5mAh/g、121.6mAh/g、114.5mAh/g，在0.1C放電倍率下材料經(jīng)200次循環(huán)后放電比容量僅衰減了3％。CV測試表明，該材料的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)為2.8×10-8cm2/s，比高溫固相法制備的