改性磷酸亞鐵鋰正極材料的制備及其電化學性能.pdf

1、摘要中文摘要隨著能源與環(huán)境問題的日益突出以及現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，人們對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、安全性能好、無污染等優(yōu)點成為可移動電源的首選。進一步提高電池的性價比是鋰離子電池發(fā)展和改進的主要方向。橄欖石型LiFeP04以其價格低廉、對環(huán)境友好、循環(huán)性能優(yōu)良、安全性能突出等優(yōu)點而成為最具潛力的新一代鋰離子電池正極材料，尤其在電動工具和電動車輛所用的動力電池中具有廣泛的應用前景和充分的競爭優(yōu)勢。但是

2、該材料電導率較低，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)對磷酸亞鐵鋰進行改性。運用X射線衍射、掃描電鏡、充放電循環(huán)實驗、循環(huán)伏安測試、交流阻抗、紅外光譜等現(xiàn)代實驗方法研究了樣品的合成條件與電化學性能之間的關(guān)系，考察了制備條件對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，鍺摻雜的優(yōu)選樣LiI05Fe(P04)o95(Ge03)o05／C比未摻雜樣的放電平臺電壓升高，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，優(yōu)選樣Lil05FeP04Fo05／C的首次放電容量達到1153mAltg1，而未摻雜樣的放電容量僅為961mAhg1。估算的鋰離子擴散系數(shù)為791x10。11cmS一。掃描電鏡觀察顯示，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LilosFeo90Mno10P04Fo05／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