鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的結構、形貌調控及改性研究.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電池領域的研究熱點。然而，材料本身較差離子擴散速率和較低電子導電率的缺陷嚴重影響了其大電流密度的電化學性能，因此限制了LiFePO4在大功率動力電池中的實際應用。本課題主要針對LiFePO4的兩大缺陷采取不同的途徑進行改性研究，通過SEM、TEM、XRD對材料的結構和形貌進行表征，采用恒電流充放電、交流阻抗、循環(huán)伏安等電化學測試技

2、術系統(tǒng)地研究改性材料的電化學性能，為加快LiFePO4產業(yè)化進程提供基礎性探索。
　　通過溶劑熱法結合高溫燒結過程制備了LiFePO4/C以及Co2+摻雜 Fe位的LiFe1-xCoxPO4/C納米片復合材料，研究了不同摻雜濃度對材料結構和電化學性能的影響。電化學測試表明適當濃度的Co2+摻雜可以顯著減小電極的傳荷電阻，增大鋰離子擴散系數(shù)，從而改善材料的電化學性能。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。
　　通過調節(jié)溶劑熱過程中溶劑組分乙二醇和油酸的不同比例，實現(xiàn)了對LiFePO4納米片到一維納米棒的可控合成，對LiFePO4不同形貌的生長取向進行了全面的表征，并對LiFePO4形貌的轉變機制進行了深入的探究。結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構可以縮短電子傳遞和離子擴散的距離，有利于鋰離子的擴散，因此展現(xiàn)

4、了更好的電化學性能。
　　對溶劑熱的升溫過程進行研究，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復合。利用改善的溶劑熱過程制備了具有較小反位缺陷濃度的LiFePO4/CNT復合物，同時提高了材料的電子導電性和鋰離子擴散速率。經(jīng)進一步碳包覆之后，C/LiFePO4/CNT復合物在20C的高倍率下放電容量可達96mAh g-1，循環(huán)100圈后容量保持率高達95％，并且?guī)靷愋蔬_到10

5、0%。
　　以自然界廢物鹵蟲卵殼作為生物碳源，溶膠凝膠法制備了不同碳含量的具備分級孔道的C/LiFePO4/Bio-C復合材料。大孔和小孔的組合有利于電解液的快速擴散，中間的碳骨架增強了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納米片復合材料。由于該碳源的多