鐵基鋰離子正極材料.pdf

1、鐵基材料具有來源豐富、環(huán)境友好、價格低廉、庫倫效率較高等優(yōu)點。本論文以鐵基鋰離子材料Fe2(SO4)3、FePO4和LiFePO4作為研究對象，深入研究其電化學(xué)性能，希望能夠開發(fā)出生產(chǎn)工藝簡單、價格低廉、高性能鐵系鋰離子電池正極材料。主要工作如下：
　?。?）研究了Fe2(SO4)3材料的電化學(xué)性能。在不同溫度和不同時間范圍內(nèi)對硫酸鐵原材料進行簡單的燒結(jié)處理，充放電測試結(jié)果表明，400℃、9h燒結(jié)的Fe2(SO4)3樣品具有最佳的

2、電化學(xué)性能，其首次放電容量可達理論容量的85%，穩(wěn)定后的容量可以維持在60mAh/g。CV測試顯示Fe2(SO4)3的氧化還原反應(yīng)峰分別在3.92和3.37V，EIS測試表明脫嵌鋰反應(yīng)時的交換電流密度為10-2~10-4 mAcm-2。其充放電機理為：高荷電態(tài)下兩相，低荷電態(tài)下單相。進一步分析了反應(yīng)機理，認為只有一個鋰離子的脫嵌是可逆的。
　?。?）研究了FePO4材料的電化學(xué)性能。在一系列溫度下對FePO4樣品燒結(jié)9h，XRD測

3、試表明，F(xiàn)ePO4存在無定形和結(jié)晶型結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度上升到400℃之后，F(xiàn)ePO4樣品逐漸由無定形結(jié)構(gòu)變?yōu)榻Y(jié)晶型，且700℃時材料已經(jīng)完全為結(jié)晶型。電化學(xué)測試表明結(jié)晶型FePO4電化學(xué)活性較低，而無定形結(jié)構(gòu)具有良好的電化學(xué)活性，400℃時的樣品效果最佳。嘗試用共沉淀法合成FePO4材料及對商業(yè)FePO4包覆改性研究，結(jié)果表明，400℃以下燒結(jié)合成的FePO4材料結(jié)構(gòu)更加疏松，容量得到了一定程度的提高，但30圈之后的循環(huán)穩(wěn)定性下降。表面包覆F

4、ePO4可以在一定范圍內(nèi)提高材料首次放電容量，但由于鋰離子不斷脫嵌，材料表面的完整性可能被破壞，最終導(dǎo)致FePO4性能變差。
　?。?）研究了以FePO4為原料合成LiFePO4材料的電化學(xué)性能。以FePO4為鐵源，在不同溫度下利用固相合成法合成LiFePO4材料，XRD、SEM及充放電測試表明，其最佳合成溫度為550℃，放電比容量可達120 mAh/g，100次循環(huán)后容量基本無衰減。為了進一步研究FePO4作為原材料在LiFeP

5、O4充放電反應(yīng)中所起的作用，通過控制鋰源的含量合成了FePO4和LiFePO4的混合物，根據(jù)電化學(xué)測試結(jié)果我們推測原料FePO4并不參與LiFePO4得脫嵌鋰反應(yīng)，而是直接作為正極材料貢獻很少一部分容量。上述研究的基礎(chǔ)上，我們進一步嘗試通過La/Ce氧化物對LiFePO4材料摻雜包覆來改進其性能。事實證明，1wt.%的La/Ce氧化物摻雜后，0.1°C放電時，LiFePO4的比容量提高了約20 mAh/g，可達140 mAh/g。不僅如