鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的結(jié)構(gòu)、形貌調(diào)控及改性研究.pdf

1、作為鋰離子電池正極材料，橄欖石型的LiFePO4因其環(huán)境友好，低成本，高熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的容量保持率成為近年來(lái)電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，材料本身較差離子擴(kuò)散速率和較低電子導(dǎo)電率的缺陷嚴(yán)重影響了其大電流密度的電化學(xué)性能，因此限制了LiFePO4在大功率動(dòng)力電池中的實(shí)際應(yīng)用。本課題主要針對(duì)LiFePO4的兩大缺陷采取不同的途徑進(jìn)行改性研究，通過(guò)SEM、TEM、XRD對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征，采用恒電流充放電、交流阻抗、循環(huán)伏安等電化學(xué)測(cè)試技

2、術(shù)系統(tǒng)地研究改性材料的電化學(xué)性能，為加快LiFePO4產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程提供基礎(chǔ)性探索。
　　通過(guò)溶劑熱法結(jié)合高溫?zé)Y(jié)過(guò)程制備了LiFePO4/C以及Co2+摻雜 Fe位的LiFe1-xCoxPO4/C納米片復(fù)合材料，研究了不同摻雜濃度對(duì)材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。電化學(xué)測(cè)試表明適當(dāng)濃度的Co2+摻雜可以顯著減小電極的傳荷電阻，增大鋰離子擴(kuò)散系數(shù)，從而改善材料的電化學(xué)性能。摻雜濃度為0.01的LiFe0.99Co0.01PO4/C樣品展現(xiàn)

3、了較好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，在0.5C倍率下具有154.5mAh g-1的高放電比容量。
　　通過(guò)調(diào)節(jié)溶劑熱過(guò)程中溶劑組分乙二醇和油酸的不同比例，實(shí)現(xiàn)了對(duì)LiFePO4納米片到一維納米棒的可控合成，對(duì)LiFePO4不同形貌的生長(zhǎng)取向進(jìn)行了全面的表征，并對(duì)LiFePO4形貌的轉(zhuǎn)變機(jī)制進(jìn)行了深入的探究。結(jié)果表明合成的納米片和納米棒均具有較短的b軸，而由于棒狀形貌的一維結(jié)構(gòu)可以縮短電子傳遞和離子擴(kuò)散的距離，有利于鋰離子的擴(kuò)散，因此展現(xiàn)

4、了更好的電化學(xué)性能。
　　對(duì)溶劑熱的升溫過(guò)程進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)緩慢的階躍升溫方式有助于減小LiFePO4的反位缺陷濃度，并且有利于LiFePO4與CNT復(fù)合。利用改善的溶劑熱過(guò)程制備了具有較小反位缺陷濃度的LiFePO4/CNT復(fù)合物，同時(shí)提高了材料的電子導(dǎo)電性和鋰離子擴(kuò)散速率。經(jīng)進(jìn)一步碳包覆之后，C/LiFePO4/CNT復(fù)合物在20C的高倍率下放電容量可達(dá)96mAh g-1，循環(huán)100圈后容量保持率高達(dá)95％，并且?guī)靷愋蔬_(dá)到10

5、0%。
　　以自然界廢物鹵蟲(chóng)卵殼作為生物碳源，溶膠凝膠法制備了不同碳含量的具備分級(jí)孔道的C/LiFePO4/Bio-C復(fù)合材料。大孔和小孔的組合有利于電解液的快速擴(kuò)散，中間的碳骨架增強(qiáng)了LiFePO4顆粒間的電子傳遞，使材料具備了很好的大倍率充放電性能，在40 C的高倍率下仍具有69.1mAh g-1的放電比容量。此外，以3，4，9，10-苝四甲酸二酐作為碳源，合成了均勻高石墨化碳包覆的LiFePO4納米片復(fù)合材料。由于該碳源的多