Na摻雜LiFePO4及其石墨烯復合材料的制備與電化學性能.pdf

1、鋰離子電池包括正極材料、負極材料、隔膜和電解質(zhì)等，正極材料的發(fā)展速度慢是制約鋰離子電池高速發(fā)展的重要原因。LiFePO4是一種優(yōu)良的正極材料，因其價格低廉、理論容量高、安全無污染及循環(huán)性能好而被人們所重視。然而，它的電導率低及大倍率下的充放電性能較差大大限制了其發(fā)展。為了改變它的性能，人們采用了很多的手段，如合成工藝優(yōu)化、碳包覆、細化晶粒、金屬基復合及摻雜正價離子。
　　本文采用的方法為水熱法，通過對添加原料的順序、添加劑種類、添

2、加劑含量、裝料體積、反應溫度、反應時間等影響因素的調(diào)控，對各自的水熱產(chǎn)物進行X射線衍射及掃描電子顯微鏡分析，并根據(jù)分析結(jié)果，揭示了這些因素的影響規(guī)律，制備出分散良好的、形貌完整及顆粒細小均勻的納米顆粒，并分析了其機理，優(yōu)化出一個相對合理的工藝參數(shù)。
　　優(yōu)化后的工藝方案具體如下：先將磷酸鹽和鋰鹽均勻混合，然后加入鐵鹽，均勻混合后，放入聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應釜中，200oC反應5h，分散劑選用聚乙二醇400，其使用量為32mL，

3、裝料體積80mL，即添加劑體積比為0.4時最佳。
　　通過對優(yōu)化工藝之后的產(chǎn)物進行X射線衍射、掃描電子顯微鏡及傅里葉紅外光譜分析和表征，得出該水熱產(chǎn)物為純相LiFePO4，不含雜質(zhì)。再進行電化學性能測試之后發(fā)現(xiàn)，其循環(huán)性能和倍率性能良好，極化現(xiàn)象較小。
　　采用優(yōu)化過的工藝參數(shù)進行Na摻雜，通過XRD和FTIR分析，得到摻雜之后的產(chǎn)物均含有LiFePO4的特征峰，不含雜質(zhì)。計算其晶胞參數(shù)，晶格發(fā)生輕微的畸變，結(jié)果表明成功地將

4、Na固溶到LiFePO4的晶體結(jié)構(gòu)當中，形成了摻雜材料。通過其電化學性能的測試，發(fā)現(xiàn)僅摻雜之后其放電比容量略有降低，但是極化現(xiàn)象減小。在各種摻雜粉體中，當摻雜量為3％時，電化學性能最佳。
　　對純相LiFePO4和摻雜Na的LiFePO4進行石墨烯復合，測其產(chǎn)物的電化學性能。結(jié)果表明僅復合石墨烯，材料的電化學性能沒有顯著提高，但是極化現(xiàn)象減小。但是，摻雜和復合結(jié)合起來，同時進行，會發(fā)生耦合作用，會大幅提高材料的放電比容量和倍率性能