改性硅酸亞鐵鋰和磷酸亞鐵鋰正極材料的制備及電化學(xué)性能.pdf

1、鋰離子電池已廣泛的應(yīng)用于各類便攜式電子產(chǎn)品,也將應(yīng)用于電動(dòng)汽車和混合電動(dòng)汽車。正極材料決定著鋰離子電池的性價(jià)比。其中,聚陰離子型正極材料—硅酸亞鐵鋰和磷酸亞鐵鋰具有價(jià)格低廉、環(huán)境友好、循環(huán)性能優(yōu)良、安全性好等優(yōu)點(diǎn),成為最具潛力的新一代鋰離子電池正極材料。
　　 本文研究了摻雜Li2FeSiO4/C和摻雜LiFePO4/C正極材料的合成條件對樣品結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響。制備摻雜Li2FeSiO4/C正極材料時(shí),采用水解法分別對Li

2、2FeSiO4/C的理論鐵位、氧位進(jìn)行了單一離子摻雜和陰陽離子共同摻雜；制備摻雜LiFePO4/C正極材料時(shí),采用固相燒結(jié)法對LiFePO4/C的理論鐵位進(jìn)行了摻雜。采用X射線衍射分析、充放電循環(huán)實(shí)驗(yàn)、循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)、交流阻抗譜、紅外光譜、紫外漫反射光譜、掃描電鏡等現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)方法對樣品進(jìn)行了仔細(xì)的研究。本論文的研究工作主要包括以下內(nèi)容:
　　 (1)采用優(yōu)選的水解法制備了單斜(空間群P21/n)Li2.05FeSiO4Fx/C(x=

3、0,0.01,0.02,0.03,0.04)樣品。理論組成為Li2.05FeSiO4F0.02/C的樣品在溫度30℃、倍率電流為0.3C時(shí),該樣品第1循環(huán)和第30循環(huán)的放電容量分別為91.9mAh·-1和87.4 mAh·g-1；在55℃下,分別以0.3 C、1 C、2 C倍率電流進(jìn)行充放電時(shí),該樣品第1循環(huán)的放電容量分別為116.7、106.5和99.2 mAh·g-1.
　　 (2)采用水解法制備了氟離子和鋯離子共同摻雜的單

4、斜(空間群P21/n)Li2.05Fe1-2yZrySiO4F0.02/C(y=0.025,0.0375,0.05)樣品。發(fā)現(xiàn)在制備的摻雜樣中均有SiO2雜質(zhì)相。經(jīng)過400℃和600℃兩步燒結(jié)的微米Li2.05Fe0.95Zr0.025SiO4F0.02/C在摻雜樣中具有最好的電化學(xué)性能,在55℃下分別以0.3 C、1 C、2 C、5 C倍率電流充放電時(shí),第1循環(huán)的放電容量分別為160.3、111.5、99.2和86.5 mAh·g-1

5、。首次發(fā)現(xiàn),氟-鋯共同摻雜降低了硅酸亞鐵鋰的能隙。
　　 (3)對磷酸亞鐵鋰的理論鐵位和鋰位分別摻鈮,制備的亞微米尺寸的摻鈮磷酸亞鐵鋰樣品仍然具有橄欖石結(jié)構(gòu)(Pnma空間群)。理論組成Li1.05Fe0.98Nb0.02PO4/C的樣品分別以1 C、2 C和5 C倍率電流充放電時(shí),第1循環(huán)的放電容量分別為120.5mAh·g-1、116.5 mAh·g-1和103.3 mAh·g-1,循環(huán)性能較好。摻雜后,樣品的能隙降低,電導(dǎo)率