LiFePO-,4-與摻鈷LiMn-,2-O-,4-的制備和電化學性能研究.pdf

1、正極材料的研究和開發(fā)是發(fā)展高性能鋰離子電池的關鍵技術之一。具有橄欖石結構的LiFePO<,4>具有比容量高、放電電壓穩(wěn)定、循環(huán)性能優(yōu)良、熱穩(wěn)定性好以及對環(huán)境友好等優(yōu)點，被認為是目前最有希望替代LiCoO<,2>的正極材料之一。但是，由于LiFePO<,4>的電極行為受擴散控制且其電子電導率和離子電導率都很低，這大大限制了該材料的實際應用。本論文針對該材料存在的問題通過合成方法、表面改性和離子摻雜等手段改善其電化學性能。此外，還研究了Li

2、FePO<,4>和摻鈷LiMn<,2>O<,4>在水系中的電容性能，探討了電解液、電流密度等對材料電容性能的影響。主要包括以下幾個方面的內容： 第一章概述了鋰離子電池和超級電容器電極材料的發(fā)展，重點介紹了正極材料特別是LiFePO<,4>的研究背景，針對LiFePO<,4>的優(yōu)缺點闡明選題意義和目前需要克服的關鍵問題，并提出解決思路。 第二章考慮到反應物與目標產物的晶體結構(正交晶系)相似性，采用FePO<,4>為原料以

3、碳熱還原方式制備了LiFePO<,4>/C材料。比較了不同碳源對材料性能的影響，結果顯示，以蔗糖作為碳源得到的碳能夠更好地包覆在材料顆粒上或分布于其間，這對控制顆粒的長大，提高材料電子電導率，改善電化學性能起著重要作用。 第三章以NH<,4>FePO<,4>·H<,2>O同時作為鐵源和磷源，首先達到“骨架預置”的效果，然后采用微波加熱的方式合成了LiFePO<,4>/C材料，針對微波燒結產物由于結晶度較差致使其循環(huán)性能較差的弊端

4、，通過進一步加熱處理提高其結晶度，從而使電化學性能得到改善。 采用以上合成過程制備了摻鈦LiFePO<,4>/C材料，根據缺陷化學原理，摻雜后鈦離子主要占據鋰位，這樣可以在材料中形成(Ti<'…><,Li>)雜質缺陷和(V<,Li>)鋰空位缺陷，這將使材料的電子電導能力得到提高并有利于鋰離子在固相中向外躍遷和擴散，從而提高其充放電容量，保證材料具有更好的循環(huán)性能。 第四章首次設計了以磷酸三丁酯為多功能反應物制備LiFeP

5、O<,4>/C材料的思路。以這種方法制備的產物顆粒細小，為100 nm左右的規(guī)則球形，且其電化學性能優(yōu)良，在0.1 mA/cm<'2>電流密度下對該樣品進行充放電測試，其首次放電比容量達到158 mAh/g，經100次循環(huán)后，容量損失率僅為3.3％，在不同電流密度下的測試結果表明產物倍率性能較好。同時，本章還對磷酸三丁酯在合成過程各個階段的作用和反應機理進行了討論。 第五章研究了以LiFePO<,4>或LiMn<,2-x>Co<

6、,x>O<,4>(O≤c≤0.4)為正極，活性炭為負極組成模擬超級電容器在水系電解液中的贗電容性能，探討了電解液種類、電流密度大小等對材料電容性能的影響。結果顯示，在1 mol/L Li<,2>SO<,4>水溶液中，低電流密度下，LiFePO<,4>材料表現(xiàn)出很好的電容性能，且循環(huán)性能良好，但是當電流密度提高到1 mA/cm<'2>以上時，電極極化現(xiàn)象嚴重。而LiMn<,1.9>Co<,0.1>O<,4>的循環(huán)性能和倍率性能明顯較LiF