鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的制備和改性研究.pdf

1、Athesissub血ttedtoZhengZhouUniVersityfor也ede乒eeofMasterPreparatioⅡandModifacationresearchofLiFeP04asLithium—ionBatteryCathOdeMaterialByBOChongSupervisor：ProfXia01inJiaMaterialsEngineeringSch001ofMaterialsScienceandEnginee

2、ringMay2014摘要磷酸鐵鋰正極材料因具有鐵、磷原料豐富，價(jià)格低廉，比容量大，高溫性能優(yōu)異，高功率輸出，循環(huán)壽命長(zhǎng)，環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)成為電池行業(yè)的研究熱點(diǎn)。磷酸鐵鋰電池有潛力大規(guī)模應(yīng)用于純電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能裝置等領(lǐng)域。然而磷酸鐵鋰存在鋰離子擴(kuò)散系數(shù)小、電子電導(dǎo)率低和振實(shí)密度低等缺點(diǎn)，削弱了它的大電流放電能力，阻礙了其工業(yè)化應(yīng)用。本文采用微波法和溶劑熱兩種方法制備磷酸鐵鋰。首先是以碳酸鋰、磷酸鐵為原料，葡萄糖作還原劑和碳源，乙酸錳、二氧化

3、鈦、氧化鎂分別為摻雜的錳源、鈦源和鎂源，采用微波法制備了摻雜單一或混合金屬陽(yáng)離子的LiFeP04／c。研究了微波熱處理溫度和金屬離子摻雜對(duì)材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。其次，以乙二醇一水為體系，F(xiàn)eS047H：O，H3P04，LiOHH20為原料，抗壞血酸為還原劑，采用溶劑熱法制備了特定形貌的純相“FeP04，研究了反應(yīng)物摩爾比、溶劑熱溫度、反應(yīng)時(shí)間、溶劑比例、表面活性劑對(duì)產(chǎn)物形貌和電化學(xué)性能的影響。主要結(jié)果如下：(1)微波熱處理溫度在6

4、50℃、700℃、750℃，保溫時(shí)間25min時(shí)均能合成純相的橄欖石結(jié)構(gòu)LiFePO。／C。其中650℃合成的樣品放電電壓最高，容量最大，性能最好。(2)無論單一還是混合摻雜金屬離子(摻雜量s15％)均不會(huì)改變LiFeP04的晶體結(jié)構(gòu)。相比碳包覆的“FeP04，單一或混合摻雜Ti4、Mn2、M92十后提高了“FeP0。的大電流放電性能和電化學(xué)反應(yīng)的可逆性，且循環(huán)性能良好。其中摻雜錳、鈦離子分別為05％、1％時(shí)電化學(xué)性能最佳，02c倍率放

5、電比容量138mAh儋；05C倍率放電比容量116mAh儋；1C倍率放電比容量105mAh／g；1C信率循環(huán)20次后容量保持率在965％。(3)溶劑乙二醇／水為】：1，加入陽(yáng)離子表面活性劑CTAB均有利于沿(010)面方向生長(zhǎng)。且加入陽(yáng)離子表面活性劑cTAB后，磷酸鐵鋰的粒徑更小，分布更均勻，電化學(xué)性能有所提高。(4)當(dāng)摩爾比Li：Fe”：P04玉=25：1：1，乙二醇／水=1：1，180℃反應(yīng)9h時(shí)合成紡錘體形狀的磷酸鐵鋰，表面是沿(