以不同原料制備鋰離子電池復(fù)合正極材料LiFePO-,4--C的研究.pdf

1、橄欖石結(jié)構(gòu)LiFePO4具有原料豐富、無毒、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、循環(huán)性能好、理論容量高（170mAh·g-1）等優(yōu)點(diǎn)，能很好的符合信息社會(huì)對(duì)新型能源的需求和環(huán)保的需要，是新一代商品化鋰離子電池正極材料中的有力競(jìng)爭(zhēng)者。但其固有的晶體結(jié)構(gòu)和元素組成，造成材料振實(shí)密度低、導(dǎo)電性能差、電化學(xué)活性低。這些性能亟待改善。 本文系統(tǒng)研究了不同鐵源和碳源對(duì)合成LiFePO4/C材料性能的影響；探索新原料新工藝合成LiFePO4/C，以突破國外制備工藝的

2、專利壟斷；選取具有代表性的離子，研究了Li位和Fe位摻雜對(duì)LiFePO4材料的晶體結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響；對(duì)LiFePO4/C電極進(jìn)行表面碳包覆改性進(jìn)一步提高了電極的倍率性能；采用CV和EIS研究了LiFePO4/C電極在較高溫度下的電化學(xué)行為，為進(jìn)一步開辟提高材料電化學(xué)性能的途徑提供理論參考。 以Fe2O3為鐵源，詳細(xì)考察了合成溫度對(duì)LiFePO4/C材料晶體性能、碳含量、振實(shí)密度和電化學(xué)性能的影響。較FeC2O4·2H2O，

3、采用Fe2O3合成了振實(shí)密度更高電化學(xué)性能優(yōu)良的LiFePO4/C材料。研究了不同球磨分散介質(zhì)對(duì)LiFePO4/C的充放電容量和振實(shí)密度的影響。較乙醇和水，采用丙酮作為球磨分散介質(zhì)制備了充放電容量和平臺(tái)以及循環(huán)和倍率性能更優(yōu)、振實(shí)密度更高的LiFePO4/C材料。 首次提出以Fe2O3和NH4H2PO4為原料一步固相法制備Fe2P2O7的工藝。以Fe2P2O7和Li2CO3為原料制備的LiFePO4保持了較好的顆粒形貌和均勻的粒

4、度分布。在不額外加入還原劑的情況下實(shí)現(xiàn)了Fe3+→Fe2+：Fe2O3→Fe2P2O7→LiFePO4。以丙酮代替乙醇作球磨分散介質(zhì)合成了性能優(yōu)良的LiFePO4/C材料。 以還原鐵粉、LiH2PO4和葡萄糖為原料，經(jīng)球磨機(jī)械活化后高溫下制備了LiFePO4/C正極材料。700℃是合成LiFePO4的最佳溫度。具有納米級(jí)一次粒徑的軟團(tuán)聚LiFePO4/C粉末材料表現(xiàn)出了較好的電化學(xué)性能。 大部分有機(jī)碳前驅(qū)體的無氧熱解碳呈

5、蓬松狀態(tài)，在LiFePO4/C材料顆粒間形成有效的導(dǎo)電連接。采用均苯四甲酸酐、檸檬酸和蔗糖可制備電化學(xué)性能優(yōu)良的LiFePO4/C材料。單獨(dú)以石墨或乙炔黑對(duì)LiFePO4進(jìn)行包覆/摻雜對(duì)提高材料的電化學(xué)性能有限。 研究了LiFePO4的Li位和Fe位摻雜對(duì)材料電化學(xué)性能的影響。一定濃度的Mg2+和Ca2+的Li位摻雜均可以不同程度改善LiFePO4/C的倍率性能。Co2+、Ni2+和Mn2+的Fe位摻雜對(duì)LiFePO4/C電化學(xué)

6、性能的影響取決于摻雜濃度。首次發(fā)現(xiàn)了正磷酸鹽中Co3+/Co2+和Ni3+/Ni2+電對(duì)在較低電位下的電化學(xué)活性。LiFe0.94Co0.06PO4/C和LiFe0.94Ni0.06PO4/C電極的CV曲線在4.0V左右出現(xiàn)了Co3+/Co2+和Ni3+/Ni2+電對(duì)的氧化還原峰。 提出了碳包覆修飾LiFePO4/C電極以提高其電化學(xué)性能：大幅度提高了電極充放電容量和倍率性能；分別降低和提高了Fe3+/Fe2+電對(duì)氧化和還原電位