鋰離子電池正極材料LiFePO4的液相法合成及改性研究.pdf

1、橄欖石型LiFePO4鋰離子電池正極材料具有比容量高、循環(huán)性能好、價格便宜、安全、環(huán)保等優(yōu)點,但也存在電子電導(dǎo)率低和鋰離子擴散速率緩慢等缺點,導(dǎo)致LiFePO4的倍率性能較差。本文采用液相法合成LiFePO4正極材料,并通過碳包覆、Na和Mo摻雜及添加表面活性劑(CTAB)等改性方法提高LiFePO4的倍率充放電性能。
　　以Fe(NO3)3·9H2O、LiNO3、NH4H2PO4和NaNO3為原料,采用簡單的液相-碳熱還原法合成

2、了Li0.97Na0.03FePO4/C復(fù)合正極材料。使用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和充放電等測試技術(shù)研究了材料的結(jié)構(gòu)及倍率充放電性能。通過循環(huán)伏安(CV)曲線和電化學(xué)阻抗譜(EIS)研究了電極反應(yīng)過程中的動力學(xué)特點。結(jié)果表明,Na摻雜形成了具有橄欖石結(jié)構(gòu)的Li0.97Na0.03FePO4固溶體,并增大了晶格中Li+一維擴散通道,使LiFePO4/C的電荷轉(zhuǎn)移電阻減小了約67％,Li+擴散系數(shù)提高了3～4倍。因此,

3、Li0.97Na0.03FePO4/C首次放電比容量在0.1C和2C倍率下分別達到152mAh·g-1和109mAh·g-1,比未摻雜的LiFePO4/C的放電比容量分別提高了4.83%和62.69%。
　　用(NH4)6Mo7O24·11H2O為摻雜原料,通過與Na摻雜LiFePO4/C相同的方法合成了LiFe0.99Mo0.01PO4/C復(fù)合正極材料。采用XRD、SEM、CV曲線和充放電等技術(shù)表征材料的結(jié)構(gòu)和性能。結(jié)果顯示,M

4、o摻雜并未破壞LiFePO4/C的晶體結(jié)構(gòu),且使LiFePO4/C的晶胞體積縮小了0.32%,縮短了Li+的擴散路徑,使得熱處理6h所得LiFe0.99Mo0.01PO4/C樣品具有更好的倍率性能,1C倍率的首次放電比容量達到107mAh·g-1。此外,熱處理8h所得LiFe0.99Mo0.01PO4/C樣品具有最好的倍率性能,0.1C、1C和10C倍率的首次放電比容量分別達到141、111和74mAh·g-1。
　　采用LiOH

5、·H2O、FeSO4·7H2O和H3PO4作為原料,水熱法合成LiFePO4正極材料。充放電結(jié)果表明,熱處理和碳包覆能有效提高LiFePO4的比容量,LiFePO4和LiFePO4/C樣品在0.2C倍率的首次放電比容量分別為110mAh·g-1和124mAh·g-1。水熱過程中添加0.32gCTAB能進一步提高LiFePO4/C樣品的倍率性能,0.2C倍率的首次放電比容量達到133mAh·g-1。采用Fe(NO3)3·9H2O作為鐵源,