鋰離子電池正極材料LiMPO4(M=V、Fe)的制備及性能研究.pdf

1、本文概述了鋰離子電池的發(fā)展現(xiàn)狀并詳細評述了正極材料的研究進展。采用溶膠-凝膠法合成Li3V2(PO4)3材料，利用XRD和SEM對產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)和形貌進行了分析，采用恒流充放電、循環(huán)伏安(CV)和電化學(xué)阻抗譜(EIS)技術(shù)研究了其電化學(xué)性能。重點考察了不同合成溫度、反應(yīng)時間、鋰源配比、釩源配比和不同元素摻雜對Li3V2(PO4)3材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。還采用固相法以不同碳源合成Li3V2(PO4)3材料，考察碳源對Li3V2(P

2、O4)3材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。采用溶膠-凝膠法合成了LiFePO4材料，重點考察了鋰源和鐵源對LiFePO4材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響，并考察了在相同條件下，不同制備方法對LiFePO4材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。
　　溶膠-凝膠法制備Li3V2(PO4)3的時候，影響材料初始放電比容量大小的因素依次為:焙燒時間、焙燒溫度、鋰釩比、檸檬酸的量。得到最佳工藝條件為:焙燒溫度為800℃，焙燒時間為12小時，鋰釩比為1.5∶

3、1，檸檬酸與釩的摩爾比為1∶1。最優(yōu)條件制備的材料結(jié)晶較好，顆粒均勻，具有較好的電化學(xué)性能，放電電流為0.1C時，在3.0-4.8V間首次放電比容量為171.1 mAh·g-1，具有95.2％的充放電效率，50周期容量保持率為93.8％，循環(huán)穩(wěn)定性好。放電過程中擴散系數(shù)的數(shù)量級為10-7，具有較小的變化范圍，擴散系數(shù)都隨活性材料中鋰離子濃度的變化而改變，其電子電導(dǎo)率數(shù)量級為10-5。用固相法制備Li3V2(PO4)3的時候，以檸檬酸為碳

4、源時，制備的材料充放電性能最好，在3.0-4.8V間進行充放電測試時，0.1C首次放電比容量能夠達到151mAh·g-1，在循環(huán)50次后容量保持率仍然能達到95％，而且在大倍率循環(huán)下容量保持率能夠達到96.6％。對Li3V2(PO4)3進行摻雜研究發(fā)現(xiàn)，以(CH3COO)2Mn·2H2O、La2O3、Cr(NO3)3·9H2O為摻雜源時，能夠使材料的性能得到改善，其中(CH3COO)2Mn·2H2O的改善效果最明顯，在3.0-4.3V間

5、進行充放電測試時，0.2C下放電比容量能夠達到110mAh·g-1，在循環(huán)25次后容量保持率仍然能達到96.4％，但材料顆粒較大。
　　對LiFePO4材料的研究發(fā)現(xiàn)，以FeC2O4、LiH2PO4為原料時，相同條件下溶膠凝膠法制備的材料比固相法制備的材料顆粒小、晶型發(fā)育好、充放電性能好，在2.5-4.2V間進行充放電測試時，在0.1C下首次放電容量為145.9mAh·g-1，具有91.1％的充放電效率，50次循環(huán)后容量保持率為9

6、2.3％，電荷傳遞阻抗和Warberg阻抗會隨著電池性能的穩(wěn)定而越來越小，電極的極化現(xiàn)象也不明顯。以FeSO4為鐵源，采用溶膠-凝膠法制備LiFePO4時，LiH2PO4比其它鋰源所制備的材料顆粒小，充放電性能也最好。在2.5-4.2V間進行充放電測試時，在0.1C下首次放電容量為151.7mAh·g-1，具有98.1％的充放電效率，50次循環(huán)后容量保持率為90％。以FeC2O4、FeSO4、FeCl2為鐵源，其它原料相同，采用溶膠-凝