鋰離子電池正極材料球形LiFePO4的水熱合成及性能研究.pdf

1、橄欖石型結(jié)構(gòu)的LiFePO4具有來(lái)源豐富,價(jià)格低廉,環(huán)境友好,熱穩(wěn)定性強(qiáng),電化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),是目前最具應(yīng)用潛力的新一代鋰離子電池正極材料,但導(dǎo)電率差和堆積密度較低阻礙了其商業(yè)化進(jìn)程。本文以硝酸鐵、磷酸二氫銨、乙酸鋰和檸檬酸為原料,利用水熱法,合成高導(dǎo)電、高密度球形LiFePO4及其改性化合物正極材料,采用XRD、SEM和EDS等手段對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征,并采用恒電流充放電、循環(huán)伏安、電化學(xué)阻抗等測(cè)試了材料的電化學(xué)性能。通過(guò)水

2、熱合成工藝,先制備前軀體,再經(jīng)過(guò)高溫焙燒,合成了球形LiFePO4。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:合成材料無(wú)雜質(zhì)相,均具有Pmnb結(jié)構(gòu),粒徑分布在1～5μm,粉體振實(shí)密度1.36 g·cm-3。在0.1C充放電條件下,首次放電比容量可達(dá)112.8 mAh·g-1,20次循環(huán)后容量衰減為93 mAh·g-1,材料容量衰減較快,出現(xiàn)了極化現(xiàn)象。
　　 采用蔗糖為碳源合成LiFePO4/C復(fù)合正極材料,并研究了不同添加量對(duì)LiFePO4/C性能影響。

3、實(shí)驗(yàn)表明,碳的加入使球形LiFePO4顆粒一次粒徑減小,碳分散于晶粒之間,增強(qiáng)了顆粒之間的導(dǎo)電性,材料的充放電比容量和循環(huán)性能都得到了顯著改善。其中,蔗糖添加量為25％的樣品性能最為優(yōu)越,在0.1C下的首次放電比容量為153.7mAh·g-1,20次循環(huán)后容量為151.6 mAh·g-1,容量?jī)H衰減3.6％,體現(xiàn)了良好的循環(huán)性能。
　　 采用過(guò)渡金屬元素Mn,Ni進(jìn)行少量金屬離子摻雜,合成Li(M,Fe)PO4復(fù)合正極材料。結(jié)果

4、表明,少量的摻雜離子在很大程度上提高了LiFePO4的電化學(xué)性能,其中,以LiFe0.85Mn0.15PO4、LiFe0.85Ni0.15PO4的電化學(xué)性能最為優(yōu)越。在0.1C下,LiFe0.85Mn0.15PO4.的首次放電比容量為130.4 mAh·g-1,20次循環(huán)后容量為124.1mAh·g-1,容量?jī)H衰減4.8％:LiFe0.85Ni0.15P0O的首次放電比容量為124.7 mAh·g-1,20次循環(huán)后容量為117.1 mA