正極材料LiFePO4粉體的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、自上世紀(jì)九十年代以來，鋰離子電池得到了飛速發(fā)展。由于其高工作電壓，高容量，高比能量和良好的循環(huán)性能，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。隨著能源危機(jī)的出現(xiàn)，鋰離子動(dòng)力電池也成為具有競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展前景的一類動(dòng)力源。在整個(gè)鋰離子電池體系中，正極材料的性能至關(guān)重要，高能價(jià)廉的新型鋰離子電池正極材料的開發(fā)應(yīng)用是鋰離子電池發(fā)展的重要任務(wù)。而目前研究最多的幾種正極材料，LiNiO2、LiMn2O4等均存在著不同的缺點(diǎn)，而難以滿足動(dòng)力電池的需要。1997年，報(bào)道了一種

2、新型的橄欖石型結(jié)構(gòu)的材料LiFePO4用于鋰離子電池正極材料。它具有較高的理論容量，良好的循環(huán)性能，豐富的原料來源，低廉的成本，良好的安全性能以及對(duì)環(huán)境友好等特性。然而，LiFePO4的缺點(diǎn)是具有低的電子電導(dǎo)率和低的鋰離子遷移速度，嚴(yán)重影響了該種材料的放電倍率特性，限制了它在鋰離子動(dòng)力電池中的應(yīng)用。本文以制備高性能的LiFePO4為目標(biāo)，通過溶膠-凝膠法和固相法，制備LiFePO4材料，利用XRD、SEM等分析技術(shù)，對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)

3、行了研究，采用恒電流充放電技術(shù)和循環(huán)伏安法對(duì)材料的電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以硝酸鋰為鋰源，聚丙烯酸(PAA)為絡(luò)合劑加入一定量的蒸餾水在一定溫度下合成了性能穩(wěn)定的溶膠和凝膠，干凝膠在430℃基本分解完全并逐漸形成LiFePO4粉體，隨著煅燒溫度的升高和煅燒時(shí)間的延長LiFePO4粉體尺寸逐漸增大。以檸檬酸為絡(luò)合劑也合成了溶膠和凝膠，干凝膠在400℃基本完全分解并形成LiFePO4晶體，隨著煅燒溫度的升高和

4、煅燒時(shí)間的延長，晶粒尺寸增大。⑵以PAA為絡(luò)合劑制備的LiFePO4前驅(qū)體在650℃煅燒12h所得LiFePO4粉體無雜質(zhì)相，晶型完整，顆粒分布均勻，尺寸約350nm。以檸檬酸為絡(luò)合劑制備的LiFePO4前驅(qū)體在650℃煅燒12h獲得了晶型比較完整、顆粒分布均勻、尺寸約400nm的LiFePO4粉體。PAA所得LiFePO4粉體碳?xì)堄酁?.25％，檸檬酸所得LiFePO4粉體碳?xì)堄酁?.03%。⑶充放電電壓為2.0-4.5V，放電倍率為

5、0.1C，隨著煅燒溫度的升高，以PAA為絡(luò)合劑制得的LiFePO4粉體和檸檬酸為絡(luò)合劑制得的LiFePO4粉體，放電比容量均逐漸提高，循環(huán)性能也逐漸改善，以PAA為絡(luò)合劑650℃煅燒12h所得LiFePO4粉體比容量和循環(huán)性能較好，首次放電比容量達(dá)160mAh/g，100次循環(huán)后比容量仍有145mAh/g，表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。⑷以PAA為絡(luò)合劑制得的LiFePO4粉體在1C、2C和2.5C大倍率下充放電，表現(xiàn)出較好的充放電性能和循環(huán)

6、性能，容量分別保持在120mAh/g、100mAh/g/g和75mAh/g。2C倍率下循環(huán)20次后比容量仍保持在100mAh/g，具有較好的循環(huán)性能。⑸以PAA為碳源，采用固相法得到了LiFePO4前驅(qū)體，在一定溫度下煅燒得到LiFePO4粉體，顆粒處于微米級(jí)且不規(guī)則。在0.05C、0.1C和1C倍率下首次放電容量分別為125mAh/g、100mAh/g和32mAh/g。⑹循環(huán)伏安結(jié)果顯示，采用溶膠-凝膠法，以PAA為絡(luò)合劑，采用溶膠-