微波裂解離子液體法包覆磷酸鐵鋰碳膜工藝和機理的研究.pdf

1、相比于鈷酸鋰、錳酸鋰等正極材料，磷酸鐵鋰（LiFePO4）具有較高的理論容量(170mAh/g)、原料豐富等優(yōu)勢，因此在動力電池方面具有良好的應(yīng)用前景。LiFePO4在合成過程中仍存在較低的電子電導(dǎo)率和鋰離子遷移速率等問題，制約了其實際應(yīng)用。用于改善 LiFePO4電性能的主要方法有：碳的包覆、金屬離子的摻雜。
　　本文主要采用了一種較為高效的方法：以離子液體1-丁基-3-甲基咪唑二腈胺鹽作為碳源，采用微波加熱方式制備均勻包覆碳膜

2、的 LiFePO4顆粒。通過 XRD、Raman、SEM、TEM等分析手段，對合成材料的顆粒形貌和結(jié)構(gòu)進行表征，并把制備的 LiFePO4正極材料組裝成電池，研究該合成方法對電性能的影響。
　　采用微波加熱法裂解離子液體合成 LiFePO4/C顆粒，分別從兩個方面進行了研究。
　　選取十種離子液體，以同等質(zhì)量，相同500W功率，氮氣氣氛下加熱至500℃，通過 XRD、紅外光譜、元素分析、Raman等分析手段對產(chǎn)物進行表征，研

3、究這些離子液體在微波場下的裂解機理。結(jié)果表明，所選取的多數(shù)離子液體最終產(chǎn)物都是碳，判斷離子液體可以作為碳源。選取其中兩種離子液體1-丁基-3-甲基咪唑二腈胺鹽和1-乙基-3甲基咪唑雙三氟甲烷磺酰亞胺鹽進一步研究微波場下的裂解機理。1-丁基-3-甲基咪唑二腈胺鹽生成的碳化產(chǎn)物具有一定石墨化程度，可以有效增強電性能。因此判斷該離子液體是較為理想的碳源，進行后續(xù)的 LiFePO4/C復(fù)合材料的制備。
　　以離子液體1-丁基-3-甲基咪唑

4、二腈胺鹽作為碳源，首先研究了不同的加熱方式對合成材料性能的影響。結(jié)果表明，微波加熱法制備的顆粒粒徑在1-2μm范圍內(nèi)，形狀不規(guī)則，0.1C倍率下首次放電比容量達到128.5mAh/g，放電比容量保持率為98.6％，循環(huán)性能良好。高溫固相法制備的包覆碳膜的樣品，首次放電比容量達到118.6mAh/g，放電比容量保持率為87.6%，循環(huán)30次后，容量有較明顯的下降。其次，摻雜有 Mg2+的樣品，顆粒粒徑在1-2μm范圍內(nèi)，形狀較為規(guī)則，0.