鋰離子電池正極材料LiFePO4和LiMnxFe1-xPO4制備與性能研究.pdf

1、橄欖石型鋰離子電池正極材料LiFePO4及Mn摻雜的LiMnxFe1-xPO4正極材料具有價格低廉、無毒、環(huán)境友好、安全性能好和能量密度高等優(yōu)點而成為當前研究的熱點。
　　 本文首先以Li3PO4和Fe3(PO4)2·8H2O為原料,葡萄糖為碳源,采用機械研磨與后續(xù)熱處理的方法成功制備了碳包覆的鋰離子電池正極材料LiFePO4／C,材料顆粒細小均勻,表現(xiàn)出較好的電化學性能,在0.1、0.2、0.3、0.5、1、2、3和5 C(1

2、 C=150 mA／g)時的首次放電比容量分別為135.6、131.9、125.1、123.8、116.2、98.8、87.0和56.5 mAh／g,0.5 C和1 C循環(huán)100次,相對首次容量保持率分別為91.9％和94.6％。研究表明,當原料中Li3PO4過量時,產(chǎn)物中會有Li4P2O7生成。Li4P2O7具有較好的電導率,對提高LiFePO4的電化學性能具有一定的促進作用；而Li3PO4離子電導率較低,兩者在產(chǎn)物LiFePO4中共

3、存,共同影響著其電化學性能。相對于單純的LiFePO4／C,Li3PO4過量8％的樣品具有較好的高倍率性能,5 C時達到80.3 mAh／g；LiaPO4過量30％的樣品在低倍率下具有最高的放電比容量,0.1 C時為151.1 mAh／g；但是,當Li3PO4過量達50％時,樣品的放電比容量以及循環(huán)穩(wěn)定性都變差。
　　 另外,本文研究了Mn摻雜的LiMnxFe1-xPO4正極材料相關電化學性能。本文首次同時以MnPO4·H2O、

4、FePO4·2H2O為錳源和鐵源,碳酸鋰為鋰源、葡萄糖為還原劑和碳源,采用高溫碳熱還原法,制備了系列的LiMnxFe1-xPO4／C(x=0,0.25,0.45,0.75,1)正極材料。研究發(fā)現(xiàn):當0≤ x≤0.45時,樣品具有較高的首次放電容量,隨著Mn含量增加電壓平臺也在增加；當x>0.45時,由于Jahn-Teller效應,樣品的電化學性能變差,電壓平臺較低。綜合分析,認為LiMn0.45Fe0.55PO4／C適合作為鋰離子電池正

5、極材料。在球料比為10:1,煅燒溫度為600℃,煅燒時間為9 h條件下制備的樣品具有最好的電化學性能,以0.1、0.5和1 C(1 C=150 mA／g)進行充放電,首次放電比容量分別為146.6、133.5和124.1 mAh／g,50次循環(huán)后容量保持率分別為97.5％、95.8％和97.6％；2 C的首次放電比容量達到94.4 mAh／g。進一步研究表明,在較高的環(huán)境溫度下(55℃)材料的電化學性能明顯優(yōu)于室溫(25℃)下的結果；采