鋰離子電池正極材料LiFePO-,4-制備及改性的研究.pdf

1、鋰離子電池具有高能量密度、優(yōu)良的循環(huán)性能及廉價、安全、環(huán)保等優(yōu)點，被認為是理想的高容量大功率電池，廣泛用于便攜式電器、軍事裝備等領域，也可作用電動汽車和混合電動汽車的動力電池。但目前鋰離子電池的正極材料主要有層狀LiCoO2，LiNiO<.2>，和尖晶石LiMn<,2>O<,4>，這些材料由于價格、安全性和電化學性能等原因，在高容量電池中的應用受到限制。 廉價橄欖石型LiFePO<,4>具有較高的電位(相對于Li／Li<'+>為

2、3.4v、)、170 mA·h／g的理論容量、優(yōu)良的循環(huán)性能和安全性能，是一類優(yōu)秀的候選正極材料。由于LiFePO<,4>電子導電能力較低，其大電流充放電性能還有待于進一步改進。 為了提高其高倍率放電性能，論文中比較研究了高溫固相反應和液相反應制備LiFePO<,4>的工藝，優(yōu)化了制備工藝條件；研究摻雜金屬離子的種類和用量對LiFePO<,4>結(jié)構和充放電性能的影響，優(yōu)化了摻雜離子的種類和用量；研究導電炭黑和金屬離子復合改性對

3、LiFePO<,4>性能的影響，制備LiFePO<,4>復合材料。 在氮氣氣氛保護下，LiFePO<,4>固相反應制備的工藝為：按Li<,2>CO<,3>：FeC<,2>O<,4>·2H<,2>O：(NH<,4>)<,2>HPO<,4>=0.5：1：1(物質(zhì)的量的比值)，以丙酮為分散介質(zhì)在行星式球磨機中球磨混合6h、混合后的反應取出、在空氣中于50℃干燥，然后在氮氣氣氛下、先在350℃恒溫6h、再升到650℃恒溫l6h，反應完成

4、后隨爐冷卻。 為了提高LiFeP0<,4>導電性能，采用固相合成的方法合成了摻雜金屬離子的Li1<,-X>M<,X>FeP0<,4>(M=Mg，Al，V，Ti，Ni)，并用電化學、XRD和里特沃爾特方法研究了金屬離子摻雜對LiFeP0<,4>晶體結(jié)構和性能的影響，結(jié)果表明：Li<,0.95>Mg<,0.05>FeP0<,4>、Li0.97A1<,0.03>：FeP0<,4>、Li<,0.97>Ti<,0.03>FeP0<,4>、

5、Li<,0.97>V<,0.03>FePo<,4>和Li<,0.97>Ni<,0.03>FeP0<,4>都比LiFePo<,4>具有更好的比容量、循環(huán)和充放電性能。研究還發(fā)現(xiàn)：摻雜金屬離子的Lil<,-x>M<,X>FePo<,4>和LiFePO<,4>具有相同的結(jié)構，在Lil<,-X>M<,X>FePO<,4>中，M占據(jù)了LiFePo<,4>中Li的位置，改變了原子價和原子間距并引起晶胞體積的收縮，增加了材料中Fe<'3+>/Fe<'

6、2+>共存態(tài)的含量，使材料具有更好的導電性能，從而可以提高LiFePO<,4>的比容量和循環(huán)性能。 研究中還制備了金屬離子摻雜和導電碳黑包覆的Li<,l-X>M<,X>FePO<,4>/C，具有很好的大電流性能，主要原因是金屬離子體摻雜和表面包覆導電碳黑提高材料自身的導電能力和電極中顆粒間的導電能力。其中Li<,O.98>Ti<,0.02>FePO<,4>/C在320mA/g(約2C)的比容量大于120mAh/g，充放電循環(huán)20