磷酸亞鐵鋰-碳復(fù)合正極材料的制備及其性能研究.pdf

1、橄欖石型LiFePO4正極材料理論容量較高、循環(huán)穩(wěn)定性好、原料來(lái)源豐富并且價(jià)格低廉、對(duì)環(huán)境無(wú)污染，被認(rèn)為是新一代很有發(fā)展前景的動(dòng)力型鋰離子電池正極材料。然而LiFePO4正極材料本征電導(dǎo)率很低，嚴(yán)重影響了該材料的高倍率性能，阻礙了其商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。針對(duì)這種情況研究者嘗試采取減小顆粒尺寸、添加導(dǎo)電劑、摻雜金屬離子等措施來(lái)改善其電化學(xué)性能，而這些措施是必須通過(guò)適當(dāng)?shù)闹苽浞椒▉?lái)實(shí)現(xiàn)的。本文以制備具有高倍率性能的LiFePO4/C復(fù)合正極材料為

2、目標(biāo)，設(shè)計(jì)了一條新穎的LiFePO4/C復(fù)合正極材料制備路線，通過(guò)采用兩種碳源在反應(yīng)過(guò)程中的不同階段分批投入，利用兩種碳源的不同作用合成出了粒徑均一的LiFePO4/C復(fù)合正極材料團(tuán)聚體（本文將該方法簡(jiǎn)稱為DCIDS-dual carbon souce inputted into different stage）。對(duì)制備過(guò)程中各工藝參數(shù)的影響進(jìn)行研究，總結(jié)出最佳制備條件。利用電化學(xué)測(cè)試手段，結(jié)合XRD，SEM，TG-MS，EDS等分析技

3、術(shù)，對(duì)所制備的LiFePO4/C復(fù)合正極材料電化學(xué)行為及其反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了深入的研究。 本文采用固相法制備工藝，以氧化鐵，磷酸二氫鋰，Super-P（導(dǎo)電炭黑），蔗糖為反應(yīng)原料。其反應(yīng)過(guò)程如下： 0．5Fe2O3+LiH2PO4+C→LiFePO4+xCO+yCO2+H2O+0．5C 將氧化鐵，磷酸二氫鋰，Super-P球磨混合，之后在惰性氣體保護(hù)下350℃預(yù)燒4 h；向預(yù)焙燒之后的材料中二次混入蔗糖；二次混碳后的

4、材料在惰性氣體保護(hù)下650℃焙燒6 h，利用Super-P的還原作用和蔗糖的包覆作用合成出了粒徑均一的LiFePO4/C復(fù)合正極材料團(tuán)聚體。XRD分析表明所制備的產(chǎn)物與橄欖石型的LiFePO4標(biāo)準(zhǔn)譜圖幾乎完全相符，為單一相正交晶系結(jié)構(gòu)，空間群為Pnmb。SEM表征該材料為粒徑在1μm左右的均勻團(tuán)聚體。EDS分析結(jié)果表明團(tuán)聚體表面存在碳的包覆層。正是由于這種碳包覆形式的特殊團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，使得制備的LiFePO4/C復(fù)合材料表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化

5、學(xué)性能。 電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，制備的LiFePO4/C復(fù)合材料具有優(yōu)異的高倍率充放電性能和循環(huán)穩(wěn)定性。0．1 C倍率下平均放電比容量為168mAh/g，1 C倍率下平均放電比容量為146 mAh/g，2 C倍率下平均放電比容量為134 mAh/g，3 C倍率下平均放電比容量為124 mAh/g，5C倍率下平均放電比容量為92 mAh/g，在高倍率充放電之后，該材料還表現(xiàn)出了良好的容量恢復(fù)性能。采用TG-MS熱分析質(zhì)譜聯(lián)用儀，對(duì)反