鋰離子電池正極材料LiFePO4的制備及性能改良.pdf

1、橄欖石型LiFePO4鋰電池正極材料具有價(jià)廉、比容量高(170mAh/g)、循環(huán)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定好等顯著優(yōu)點(diǎn)。但其極低的本征電子電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)嚴(yán)重影響了其電化學(xué)性能，限制了其應(yīng)用。本文采用高速剪切法混料，從碳包覆和二元離子摻雜兩方面對(duì)LiFePO4進(jìn)行改性研究，并提出以水為引發(fā)劑的LiFePO4的新的制備方法。用X-射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、循環(huán)伏安(CV)和恒流充放電測(cè)試等方法對(duì)其物相結(jié)構(gòu)、表觀形貌和電化學(xué)

2、性能進(jìn)行表征和分析。
　　采用正交試驗(yàn)優(yōu)化了制備工藝參數(shù)。得到的最佳制備工藝為預(yù)燒溫度350℃，預(yù)燒時(shí)間6h，煅燒溫度700℃，煅燒時(shí)間8h。研究表明以蔗糖為碳源制備的LiFePO4/C材料電化學(xué)性能較優(yōu)。摻入10mass％的蔗糖制備的LiFePO4/C材料的性能優(yōu)于摻入2mass%、6mass%、14mass%和18mass%的蔗糖的性能，其在0.1C放電時(shí)，其放電比容量達(dá)140mAh/g，且30個(gè)循環(huán)后容量不衰減，0.2C、0

3、.5C、1C、2C、5C放電時(shí)，其放電比容量分別為130mAh/g、123mAh/g、115mAh/g、100mAh/g、45mAh/g。
　　研究了 Mg2+、Ti4+、Mn2+、Ni2+四種離子的摻雜對(duì)LiFePO4材料性能影響。結(jié)果顯示，Mg2+和Ti4+有較高的容量和循環(huán)性能。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行Mg2+和Ti4+二元共摻雜。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在摻入不同含量的Mg2+和Ti4+合成的LiFe0.95MgxTi0.05-xPO4(x=0

4、.01,0.02,0.03,0.04)材料中，以LiFe0.95Mg0.03Ti0.02PO4的性能最為優(yōu)異，其在0.1C下放電時(shí)，其放電比容量115mAh/g，且30個(gè)循環(huán)后容量不衰減。研究了碳包覆和二元離子共摻雜合成的 LiFe0.95Mg0.03Ti0.02PO4/C材料為正交晶系橄欖石型結(jié)構(gòu)，粒徑約為300nm左右，其0.1C下的放電比容量達(dá)143mAh/g，且30個(gè)循環(huán)后容量不衰減，0.2C、0.5C、1C、2C、5C下放電時(shí)

5、，其放電比容量分別為138mAh/g、128mAh/g、119mAh/g、107mAh/g、93mAh/g。
　　提出了一種以水為引發(fā)劑制備LiFePO4/C正極材料的新方法。采用這種方法合成的LiFePO4/C材料仍為正交晶系橄欖石晶體結(jié)構(gòu)，粒徑為100nm左右，0.1C充放電時(shí)，其放電比容量達(dá)148mAh/g，且30個(gè)循環(huán)后容量不衰減，0.2C、0.5C、1C、2C、5C下放電時(shí)，LiFePO4/C放電比容量分別為142mAh