磷酸鐵鋰正極材料的合成及其聚合物包覆改性研究.pdf

1、鋰離子電池由于具有高電壓、高能量密度、循環(huán)性能好、環(huán)保、無記憶效應(yīng)而受到人們的青睞。橄欖石磷酸鐵鋰由于其突出的循環(huán)性能優(yōu)良,價格低廉、原材料來源廣泛而被認為是最有開發(fā)前景和潛力的鋰離子正極材料。但是較低的導(dǎo)電性和振實密度阻礙了其商業(yè)化開發(fā)進程。研究工作者在這兩方面進行了大量的工作來提高其導(dǎo)電性和振實密度。本文針對上述提出的問題,開展了如下工作:
　　 (1)采用溶劑熱法分別以乙醇、乙二醇以及丙三醇/水為溶劑合成了橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸

2、亞鐵鋰(LiFePO4)。運用XRD、SEM、FTIR等手段,對產(chǎn)物晶體結(jié)構(gòu)、顆粒形貌和表面微觀結(jié)構(gòu)進行表征,詳細探討了溶劑熱合成LiFePO4時不同溶劑對產(chǎn)物形貌和結(jié)構(gòu)的影響。運用恒流充放電測試和循環(huán)伏安方法對產(chǎn)物的電化學性能進行研究。結(jié)果表明:以乙二醇為溶劑合成的LiFePO4呈均勻片狀結(jié)構(gòu),具有尺寸小,厚度薄的特點,這種結(jié)構(gòu)縮短了鋰離子的擴散距離,有利于電化學性能的提高,其倍率放電比容量達到161.7mAh·g-1,1C倍率放電時

3、容量仍保持132.6mAh·g-1,0.1 C倍率50次循環(huán)后容量衰減僅為1.98％。
　　 (2)通過簡單易行的低溫溶劑熱法合成了由納米片自組裝而成、具有分級結(jié)構(gòu)的球形磷酸鐵鋰顆粒。制備得到的球形產(chǎn)物直徑大小在8um左右,由20nm左右厚的納米薄片按特定的方式緊密組裝而成。這種分級結(jié)構(gòu)的球形磷酸鐵鋰的振實密度能達到1.6g·cm-3,同時由于一次顆粒尺寸較小,有利于鋰離子的嵌入和脫出,從而倍率容量能得到有效改善。在制備過程中尿

4、素和檸檬酸的加入對納米片狀的形成和分級結(jié)構(gòu)的組裝有著重要意義。通過時間單因素實驗的結(jié)果,我們提出了一個合理的分級結(jié)構(gòu)形成組裝機理圖。通過SEM、TEM、XRD、BET比表面積測試和拉曼光譜對其結(jié)構(gòu)和性能進行了進一步表征。充放電結(jié)果顯示制得的材料具有較高的可循環(huán)容量(10C放電倍率下達到93.6 mAh·g-1)和優(yōu)異的循環(huán)性能。
　　 (3)采用原位氧化聚合法將吡咯直接原位聚合包覆到磷酸鐵鋰顆粒表面。在原位氧化聚合過程中,加入S

5、DBS以提高聚吡咯包覆的均勻性改善包覆效果,提高材料的整體導(dǎo)電性。LiFePO4、PPy-LiFePO4復(fù)合材料、PPy/SDBS-LiFePO4都采用XRD、SEM、TG進行表征。采用恒流充放電和交流阻抗對樣品電化學性能進行測試。結(jié)果表明,在SDBS加入的情況下,吡咯包覆的磷酸鐵鋰復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的動力學性能,并在0.1C倍率放電下容量達到142.7 mAh·g-1。交流阻抗顯示,SDBS加入后,吡咯的包覆能更有效地降低電荷轉(zhuǎn)移電阻