改性磷酸亞鐵鋰正極材料的制備及其電化學(xué)性能.pdf

1、摘要中文摘要隨著能源與環(huán)境問(wèn)題的日益突出以及現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，人們對(duì)電池的性能提出了更高的要求。鋰離子電池因其能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性能好、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)成為可移動(dòng)電源的首選。進(jìn)一步提高電池的性?xún)r(jià)比是鋰離子電池發(fā)展和改進(jìn)的主要方向。橄欖石型LiFeP04以其價(jià)格低廉、對(duì)環(huán)境友好、循環(huán)性能優(yōu)良、安全性能突出等優(yōu)點(diǎn)而成為最具潛力的新一代鋰離子電池正極材料，尤其在電動(dòng)工具和電動(dòng)車(chē)輛所用的動(dòng)力電池中具有廣泛的應(yīng)用前景和充分的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。但是

2、該材料電導(dǎo)率較低，尤其在大電流充放電的條件下，放電性能有待改善。本論文主要采用固相燒結(jié)法制備了橄欖石型磷酸亞鐵鋰正極材料，并利用碳包覆和金屬離子摻雜技術(shù)對(duì)磷酸亞鐵鋰進(jìn)行改性。運(yùn)用X射線(xiàn)衍射、掃描電鏡、充放電循環(huán)實(shí)驗(yàn)、循環(huán)伏安測(cè)試、交流阻抗、紅外光譜等現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)方法研究了樣品的合成條件與電化學(xué)性能之間的關(guān)系，考察了制備條件對(duì)樣品表面等理化性能的影響。本論文的研究工作主要包括以下內(nèi)容：(1)采用高溫固相法在700℃燒結(jié)制備了LilosFe(P

3、04)1x(Ge03)√，C(X=O，002，O05，008)系列樣品，結(jié)果表明，以2C的倍率電流充放電時(shí)，鍺摻雜的優(yōu)選樣LiI05Fe(P04)o95(Ge03)o05／C比未摻雜樣的放電平臺(tái)電壓升高，放電容量也提高了10mAhg1。此外，鍺離子摻雜使磷酸亞鐵鋰樣品的充放電可逆性能得到了提高，其電荷轉(zhuǎn)移阻抗也減小。(2)采用高溫固相法在700℃下合成了F摻雜樣品LilxFeP04Fx／C(X=0，002，O05，008)。以2C的倍率

4、電流充放電時(shí)，優(yōu)選樣Lil05FeP04Fo05／C的首次放電容量達(dá)到1153mAltg1，而未摻雜樣的放電容量?jī)H為961mAhg1。估算的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)為791x10。11cmS一。掃描電鏡觀(guān)察顯示，摻雜樣的顆粒近似于球形，比未摻雜樣品的粒徑變小。(3)采用高溫固相兩步摻雜法制備了LiIxFelyMnyP04FdC樣品。研究結(jié)果表明，在2C的倍率電流下，理論組成為L(zhǎng)ilosFeo90Mno10P04Fo05／C的微米樣品的首次放電容量

5、為1309mAhg～，第30次循環(huán)的放電容量為1261mAhg一。樣品在不同倍率電流下充放電，其容量衰減率均較低，表現(xiàn)出優(yōu)異的高倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性能。關(guān)鍵詞：鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰摻雜I■▲摘要AbstractDemandsonbatteriesissharplyincreasingintherecentyearsduetoenergyandenvironmentalissues，andtherapiddevelopmentof

6、modemscienceandtechnologyLithium—ionbatteries(LIB)aleoneofthefavorableportablepowersourcebecauseoftheirhighenergydensity，longcyclinglife，goodsafety，andenvironmentalfriendlinessIntensiveresearchisbeingfocusedonfurtherimpr

7、ovingtheperformance—priceratiooflithium—ionbatteriesLiFeP04isoneofthemostpromisingcathodematerialsforrechargeablelithiumionbatteriesduetoitsabundantsupplyenvironmentallybenignappreciabletheoreticalcapacityandgoodthermals

8、tability；therefore，LiFeP04showsgreatpotentialcompetitioninapplicationinelectricvehiclesHoweverthepoorhighrateperformanceduetothelowelectronicconductivityshouldbeimprovedbeforepracticeapplicationOlivinetypeLiFeP04material

9、sWeresynthesizedbysolid—statereactionathi曲temperature；modifiedLiFeP04werethereafterpreparedbycarboncoatingandmetal—iondopingtechniquestoimprovetheelectrochemicalperformanceofLiFeP04XRaydiffraction(XR9)，scanningelectronmi

10、croscopy(SEM)，charge—dischargecycling，cyclicvoltammetry(cv)，electrochemicalimpedancespectroscope餌IS)，andfouriertransforminfraredspectroscopy(FTIR)techniqueswereemployedtoinvestigatetherelationshipamongsynthesisconditions

11、urfacephysicochemicalperformance，andelectrochemicalperformanceThemainresultsandconclusionsinthepresentresearchalesummarizedasfollows：(1)LilosFe(P04)!x(Ge03)x／C(x=o，O02，005，008)compositeswerepreparedusingsolidstatereactio

12、nat700℃TheresultsshowthatwhenXequals005theobtainedLil05Fe(P04)095(Ge03)o05／Cexhibitsthehigherdischargingvoltageplateauthanthatoftheundopedsample，andshowsaincreasedcapacityof10mAh。g1at2CrateFurthermore，theGedopedsamplesho

13、wsmoreexcellentcyclicperformanceandsmallerchargetransferimpedancecomparedtotheundopedsample(2)LilxFeP04Fx／C(X=O，002，005，008)compositeswerepreparedbysolidstatereactionat700℃WhenXequals005theobtainedLilosFeP04Fo05／Ccomposi