鋰離子電池正極材料LiFePO-,4-的制備及其改性研究.pdf

1、由于橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4具有能量密度高、原料價(jià)格低廉、環(huán)境友好和安全性高等優(yōu)點(diǎn)而成為最受關(guān)注的鋰離子電池正極材料。
　　 本文以自制Li3PO4為前驅(qū)體，在水熱條件下與FeSO4·7H2O反應(yīng)制備得到純相LiFePO4，并通過碳包覆和Cu2+摻雜對(duì)其進(jìn)行了有效改性，獲得了適合高電流密度放電的LiFePO4正極材料。主要內(nèi)容如下：
　　 以Li3PO4為原料，采用水熱法可以制備出粒徑均一的LiFePO4，通過改變水熱

2、溫度研究了水熱溫度對(duì)材料理化性能和電化學(xué)性能的影響，并根據(jù)均相成核理論對(duì)以Li3PO4為原料制備LiFePO4材料的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了探討，在150-200℃的溫度范圍內(nèi)升高水熱反應(yīng)溫度，產(chǎn)物L(fēng)iFePO4正極材料顆粒明顯減小，從而減小了鋰離子的擴(kuò)散路徑，增大鋰離子的擴(kuò)散系數(shù)，使材料具有更好的電化學(xué)性能。
　　 在200℃水熱溫度下，通過改變反應(yīng)時(shí)間對(duì)材料的晶體生長過程進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，隨著時(shí)間的延長，晶體形貌會(huì)更加規(guī)整，反

3、應(yīng)時(shí)間為24 h制備的材料，顆粒的形貌規(guī)整，具有更高的電化學(xué)性能，0.5 C放電的比容量為理論容量(170 mAh·g-1)的79.4％，1C倍率循環(huán)100次后材料的比容保持率為首次的92.4％。
　　 加入不同量的蔗糖經(jīng)過后期熱處理對(duì)材料進(jìn)行碳包覆，通過對(duì)復(fù)合正極材料LiFePO4/C進(jìn)行充放電測(cè)試、循環(huán)伏安測(cè)試和交流阻抗分析，確定最佳的蔗糖加入量為10％(質(zhì)量比)，以0.2 C、0.5 C、1 C、2 C、5 C和10 C倍

4、率電流放電材料的放電比容量分別為156.2 mAh·g-1、151.5 mAh·g-1、140.7 mAh·g-1、130.3 mAh·g-1、119.5 mAh·g-1和99.6 mAh·g-1，以1 C倍率放電，循環(huán)100次后容量保持率為96.1％，表現(xiàn)出很好的倍率放電性能和循環(huán)性能。
　　 在10％蔗糖量碳包覆材料LiFePO4/C的基礎(chǔ)上研究了不同摻雜量對(duì)材料理化性能和電化學(xué)性能的影響，研究結(jié)果證明部分Cu2+被摻入到L

5、iFePO4晶體晶格中，并根據(jù)雜質(zhì)缺陷理論對(duì)Cu2+摻雜機(jī)理進(jìn)行了探討。通過對(duì)Li1-xCuxFePO4/C復(fù)合正極材料進(jìn)行充放電測(cè)試、循環(huán)伏安測(cè)試和交流阻抗分析，證明1％Cu2+摻雜能有效地提高Li1-xCuxFePO4/C復(fù)合正極材料的電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)。室溫下，1C倍率的放電比容量為150.3 mAh·g-1，10C倍率的放電比容量為108.7 mAh·g-1，以1C倍率放電，循環(huán)100次后容量保持率為97％，表現(xiàn)出非常好的倍