鋰離子電池正極材料LiFePO-,4-及其摻雜物的制備與性能研究.pdf

1、相比目前商業(yè)化的鋰離子電池正極材料，橄欖石型磷酸鐵鋰具有充放電性能佳，可逆容量高、循環(huán)性能好等眾多優(yōu)點(diǎn)，且鐵資源豐富，無毒，對(duì)環(huán)境無污染，是一種極具競(jìng)爭(zhēng)力的新型鋰離子電池正極材料。本文在綜述鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，介紹了其結(jié)構(gòu)、工作原理、制備方法以及目前存在的主要問題。采用固相反應(yīng)工藝合成磷酸鐵鋰及其摻雜化合物正極材料，應(yīng)用X射線衍射和電子掃描顯微鏡對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征，恒電流法和交流阻抗檢測(cè)材料的電化學(xué)性能，

2、系統(tǒng)研究了不同實(shí)驗(yàn)條件對(duì)材料物理特性和電化學(xué)性能的影響。　　以FeC<,2>O,,4>·2H<,2>O、Li<,2>CO<,3>、NH<,4>H<,2>PO<,4>為原料，球磨活化后在惰性氣氛中經(jīng)高溫?zé)Y(jié)，合成出磷酸鐵鋰正極材料。x射線衍射分析結(jié)果表明，材料具有規(guī)則橄欖石型結(jié)構(gòu)，物相單一，無雜質(zhì)。以合成樣品為正極活性物質(zhì)，組裝模擬電池檢測(cè)材料的電化學(xué)性能，結(jié)果顯示磷酸鐵鋰正極材料具有良好電化學(xué)性能。正交試驗(yàn)結(jié)果表明，在眾多影響因素中，

3、溫度對(duì)材料的電化學(xué)性能影響最大，然后依次為反應(yīng)時(shí)間、升溫速率和鐵鋰物質(zhì)的量比。優(yōu)化條件合成出的樣品，在室溫以0.1C倍率充放電，第二循環(huán)放電比容量高達(dá)145.7mAh/g，為其理論容量85.7％，且循環(huán)十次比容量基本沒有衰減，但高倍率充放電時(shí)，材料極化較大，容量衰減較快?！　〗Y(jié)合晶體學(xué)理論基礎(chǔ)，本論文進(jìn)一步考察了Mn<'2+>摻雜對(duì)產(chǎn)品性能的影響。研究結(jié)果表明材料依然為具有規(guī)則橄欖石型結(jié)構(gòu)的單一物相，其中鐵和錳以完全固溶體存在于物相中

4、，錳加入量20％時(shí)制備的LiFe<,1>-<,x>Mn<,x>PO<,4>正極材料表現(xiàn)出最好的電化學(xué)性能。優(yōu)化試驗(yàn)條件合成的LiFe<,0.8>Mn<,0.2>PO<,4>，室溫以0.5C倍率進(jìn)行充放電測(cè)試，首次充放電比容量為136.5/131.7mAh/g，循環(huán)50次后容量仍達(dá)126.7/126.2mAh/g，循環(huán)100次后依然有119.6/118.8mAh/g，放電容量衰減不到10％，可見其循環(huán)性能好，可逆容量高?！　?duì)比相同條件

5、下合成的LiFePOM<,4>與LiFe<,0.8>Mn<,0.2>PO<,4>的大倍率電化學(xué)性能，后者性能更優(yōu)，當(dāng)放電倍率從0.1C提高到0.5C時(shí)LiFePO<,4>平均比容量從142mAh/g降至120mAh/g左右，樣品LiFe<,0.8>Mn<,0.2>PO<,4>由135mAh/降，至130mAh/g左右，這一結(jié)果表明錳離子摻雜后減少了極化，提高了鋰離子在晶體內(nèi)的擴(kuò)散能力。文中對(duì)LiFePO<,4>和LiFe<,0.8>Mn