鋰離子電池正極材料LiFeBO3-C的合成及改性研究.pdf

1、硼酸鐵鋰（LiFeBO3）作為一種新型具有實(shí)用前景的鋰離子電池正極材料，由于具有環(huán)境友好，成本低，比容量及能量密度高等優(yōu)點(diǎn)吸引了人們的關(guān)注，但由于其表面對空氣敏感及電導(dǎo)率低等缺點(diǎn)而限制了其發(fā)展。本文在綜合評(píng)述鋰離子電池正極材料研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分別通過固相法和噴霧干燥法制備了LiFeBO3/C正極材料，分別采用納米氧化鎂和乙酸鎳對所合成的材料進(jìn)行摻雜改性研究。并對其晶型結(jié)構(gòu)、物相組成及電化學(xué)性能進(jìn)行了表征。分別對兩種制備方法的燒結(jié)溫度、

2、燒結(jié)時(shí)間、摻雜量進(jìn)行了研究，具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)采用固相燒結(jié)法制備鋰離子電池正極材料LiFeBO3/C。通過對燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間對比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溫度和時(shí)間對于材料的合成具有十分重要的影響，研究表明固相燒結(jié)法制備LiFeBO3/C的最佳溫度為600℃，最佳燒結(jié)時(shí)間為10h，在此條件下制備材料在1/20C倍率下電池首次充放電比容量分別達(dá)到170.1mAhg-1和151.8mAh g-1。
　　(2)探索了在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下

3、(燒結(jié)溫度600℃，焙燒時(shí)間為10h)，采用納米氧化鎂為鎂源進(jìn)行固相法制備Mg2+摻雜LiFe1-xMgxBO3(x=0、0.02、0.04、0.06)實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)添加Mg2+的樣品一次顆粒有增大趨勢，并出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，且Mg2+添加量越大，團(tuán)聚現(xiàn)象越嚴(yán)重。對材料的電化學(xué)性能分析測試表明:未摻雜Mg2+的材料在低倍率下表現(xiàn)出的電化學(xué)性能最佳。摻雜后材料在低倍率下的比容量有所下降，但由于導(dǎo)電性能增強(qiáng)，電荷轉(zhuǎn)移阻抗減小，其倍率性能得到有效改

4、善。
　　(3)首次采用噴霧干燥法制備多級(jí)核殼結(jié)構(gòu)LiFeBO3/C。并進(jìn)行了焙燒溫度及焙燒時(shí)間條件探索，研究表明，在550℃下焙燒10h所制備材料的形貌及物相組成較好，電化學(xué)性能最佳。所制備材料在10mAg-1電流密度下首次放電比容量達(dá)到196.5mAhg-1，循環(huán)30次仍達(dá)到136.1 mAh g-1。材料特殊的多級(jí)核殼結(jié)構(gòu)有效地抑制了LiFeBO3的“表面中毒”效應(yīng)，這對于該材料的未來可能的工業(yè)化生產(chǎn)與應(yīng)用具有非常重要的意義

5、。
　　(4)在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下(燒結(jié)溫度550℃，焙燒時(shí)間為10h)，采用乙酸鎳為鎳源進(jìn)行噴霧干燥法制備Ni+摻雜LiFe1-xNixBO3(x=0、0.02、0.04、0.06、0.08)實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)隨著摻雜量的增加，顆粒呈現(xiàn)略微細(xì)化的趨勢，顆粒表面由光滑變?yōu)榇植?。?dāng)摻雜量x=0.06時(shí)材料表現(xiàn)出的電化學(xué)性能最佳，材料在1/20C倍率下放電比容量達(dá)到204.1mAh g-1，充電平臺(tái)為3.2V，放電平臺(tái)為2.6V，極化最小。摻