鋰離子電池正極材料LiFePO-,4--C的合成與摻雜研究.pdf

1、由于具有理論容量高、價廉、環(huán)境友好、循環(huán)性能優(yōu)良等優(yōu)點，LiFePO4是一種極具發(fā)展前景的鋰離子電池材料而受到了廣泛關(guān)注。然而純LiFePO4的電導(dǎo)率及鋰離子擴(kuò)散速率低限制了其工業(yè)化。優(yōu)化合成工藝、顆粒表面包覆導(dǎo)電材料和離子摻雜是提高電導(dǎo)率及鋰離子擴(kuò)散速率的主要途徑。
　　 本文采用均勻設(shè)計優(yōu)化了碳熱還原合成LiFePO4/C的工藝，制備了Na+或F-摻雜的LiFePO4/C復(fù)合材料，并利用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(

2、SEM)、紅外光譜(FT-IR)、恒電流充放電技術(shù)、循環(huán)伏安(CV)、交流阻抗(EIS)等技術(shù)研究了工藝條件對材料的結(jié)構(gòu)、微觀形貌和電化學(xué)性能的影響。
　　 均勻設(shè)計法優(yōu)化碳熱還原合成LiFePO4/C的結(jié)果表明反應(yīng)溫度、蔗糖用量和反應(yīng)時間之間存在顯著的交互作用，它們與放電比容量的關(guān)系可由一個二次多項式表示。利用所得的模型可得到最優(yōu)合成工藝：反應(yīng)溫度646℃、蔗糖用量32g、反應(yīng)時間10h。此條件下材料放電比容量的預(yù)測值為148

3、.1mAh．g-1，實驗值143.1mAh·g-1，相對誤差3.38％，表明所得的二次多項式模型是有效的。
　　 Na+或F-摻雜都能有效的提高LiFePO4/C的電化學(xué)性能，同時沒有改變材料的基本結(jié)構(gòu)。其中Li0.99Na0.01FePO4/C和LiFePO3.99F0.01/C的5C放電比容量分別為105.1mAh·g-1和109.9mAh·g-1，50次循環(huán)后容量保持率在99.0％以上。與LiFePO4/C相比，Li0.9

4、9Na0.01FePO4/C和LiFePO3.99F0.01/C的放電比容量約提高20mAh·g-1，容量保持率提高約10％。
　　 循環(huán)伏安測和交流阻抗測試表明：LiFePO4/C、Li0.99Na0.01FePO4/C和LiFePO3.99F0.01/C在充放電過程中只有Fe3+/Fe2+間的氧化還原反應(yīng)。摻雜Na+或F-之后，Li+脫嵌過程的極化減小、電荷轉(zhuǎn)移電阻降低、擴(kuò)散系數(shù)增大。因此，Li0.99Na0.01FePO4