聚苯胺包覆法合成LiFePO4-C電極材料與電化學(xué)性能研究.pdf

1、作為新一代鋰離子電池正極材料——橄欖石型LiFePO4具有原料豐富，價(jià)格低廉，環(huán)境友好，理論容量高，使用壽命長(zhǎng)，熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，而成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。但是其極低的電子電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散速率限制了其在實(shí)際生產(chǎn)中的大規(guī)模應(yīng)用。因此，針對(duì)這一問題，本論文用聚苯胺包覆法通過水熱法和碳熱還原法，分別合成了亞微米棒狀及帶孔的LiFePO4/C材料。采用XRD、SEM和TEM等手段對(duì)樣品進(jìn)行了晶體結(jié)構(gòu)及形貌特征的測(cè)試，采用恒流充放電系統(tǒng)的對(duì)LiFe

2、PO4/C材料的電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。具體的研究?jī)?nèi)容如下:
　　 一、通過簡(jiǎn)單的水熱法合成了亞微米級(jí)棒狀結(jié)構(gòu)的LiFePO4/C材料，并研究了退火前后、苯胺用量、200℃時(shí)保溫一定時(shí)間對(duì)樣品電化學(xué)性能的影響。研究表明:退火之后的樣品有更好的結(jié)晶度及更優(yōu)的電化學(xué)性能;當(dāng)加入0.5 ml苯胺（制備3.33 mmol LiFePO4）時(shí)，樣品具有最優(yōu)的電化學(xué)性能;在200℃時(shí)保溫10.5h時(shí)，樣品的電化學(xué)性能最佳。經(jīng)過表征測(cè)試發(fā)現(xiàn):樣

3、品具有較高的結(jié)晶度;具有亞微米棒狀結(jié)構(gòu)，其中長(zhǎng)400 nm，寬140 nm，分散性良好，且樣品外邊包覆著一層厚1.5-2 nm的碳層。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化以后還測(cè)試了材料在不同倍率下的電化學(xué)性能。結(jié)果表明:樣品具有很好的倍率性能，在0.5 C、1C、2C、5C、7C、時(shí)的放電比容量依次為145.6 mAh/g、139.1 mAh/g、118.9 mAh/g、108.8 mAh/g和99.2 mAh/g;同時(shí)樣品也具有良好的循環(huán)性能，在2C

4、、5C、7C倍率下循環(huán)200，容量沒有明顯的衰減。
　　 二、采用廉價(jià)的三價(jià)鐵源FeCl3·6H2O為原料，利用碳熱還原法及自身反應(yīng)特點(diǎn)，一步合成帶孔的LiFePO4/C材料。研究了不用原料配比、不同碳源及電極材料的制備對(duì)樣品電化學(xué)性能的影響。研究表明:當(dāng)Li2CO3∶FeCl3·6H2O∶NH4H2PO4的摩爾比為1∶1∶1、用苯胺作碳源、電極材料制備過程中加導(dǎo)電劑時(shí)，樣品的電化學(xué)性能最優(yōu)。通過表征測(cè)試知:樣品的結(jié)晶度很高;比

5、表面積為29.9 m2/g，平均孔徑為20.8 nm;本實(shí)驗(yàn)合成的LiFePO4/C樣品為納米級(jí)，顆粒為規(guī)整的球形顆粒且LiFePO4晶粒外包覆著一層厚度約3nm的碳膜;此外，樣品在循環(huán)過程中電荷轉(zhuǎn)移阻抗基本沒有變化，且從循環(huán)伏安測(cè)試看出材料在3.7V和3.2 V附近有明顯的氧化峰與還原峰，對(duì)應(yīng)著Fe2+/Fe3+的氧化還原反應(yīng)。經(jīng)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件后測(cè)得樣品具有良好的電化學(xué)性能。在0.2 C放電時(shí)比容量高達(dá)168 mAh/g，非常接近理論容