電紡法制備LiFePO4-C納米纖維鋰離子電池正極材料的研究.pdf

1、橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰(LiFePO4 )因其原料來(lái)源豐富、價(jià)格廉價(jià)、熱穩(wěn)定性好、循環(huán)性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是一種具有廣闊應(yīng)用前景的新型鋰離子電池正極材料,尤其是作為動(dòng)力電池或儲(chǔ)能電池材料。當(dāng)前,鋰離子電池主要采用活性粉體材料來(lái)存儲(chǔ)能量。然而粉狀材料具有很長(zhǎng)的擴(kuò)散路徑和慢的電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué),使當(dāng)前的鋰離子電池性能沒(méi)有達(dá)到他們應(yīng)有的潛能。靜電紡絲技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉的顯著優(yōu)點(diǎn),是一種十分有前途的大量制備納米纖維的方法。
　　本文采用

2、靜電紡絲技術(shù),制備出具有一定形貌特點(diǎn)的碳包覆或其他改性的LiFePO4復(fù)合納米纖維正極材料,并對(duì)其性能進(jìn)行表征研究。采用靜電紡絲技術(shù)制備出了LiFePO4/C納米纖維正極材料,并對(duì)前驅(qū)體溶液中的溶劑、無(wú)機(jī)物以及聚合物等原料進(jìn)行了選擇和優(yōu)化。得到了以水為溶劑、以檸檬酸鐵和磷酸二氫鋰為原料,以 P EO 和 P VP 的混合聚合物作為增稠劑的紡絲溶液體系,具有很好的可紡性。解決了采用靜電紡絲技術(shù)制備無(wú)機(jī)納米纖維中存有的纖維平鋪性差、不易接收

3、、吸濕性嚴(yán)重等常見(jiàn)問(wèn)題,制備出了纖維尺寸細(xì)小均勻、成三維無(wú)紡布狀的納米纖維膜。通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化檸檬酸鐵與磷酸二氫鋰的化學(xué)計(jì)量比,熱處理后得到了純凈的LiFePO4物相,去除了單質(zhì)鐵雜質(zhì)對(duì)材料性能的影響。在0.1C恒流放電下,所制備的LiFePO4/C放電比容量為115mAh/g,在0.5C充放電倍率下,放電比容量約為80mAh/g。 進(jìn)而進(jìn)行了鎳摻雜對(duì) LiFePO4/C納米纖維的改性研究,發(fā)現(xiàn)鎳摻雜沒(méi)有改變 LiFePO4的晶型,但卻降低

4、了材料間的電荷轉(zhuǎn)移阻抗,從而提高了材料的電化學(xué)性能。鎳摻雜后,在0.1C 下的放電比容量明顯提高,達(dá)到了143mAh/g,經(jīng)過(guò)5個(gè)循環(huán)后,容量沒(méi)有發(fā)生衰減;在0 .5C倍率放電條件下,鎳摻雜后的LiFePO4/C材料的放電比容量達(dá)到了90mAh/g。通過(guò)改變熱處理工藝,在750°C 燒結(jié)溫度下成功的制備出了含高導(dǎo)電相Fe2P的LiFePO4/C復(fù)合納米纖維。在0.1C充放電倍率下,750°C所制備的復(fù)合納米材料的放電比容量達(dá)到了 165