共沉淀法制備鋰電池正級(jí)材料LiFePO4及其性能研究.pdf

1、橄欖石型的LiFePO4因其可逆比容量(170mAh/g)和比能量密度(550Wh/g)較高，充放電電位適中且平坦(3.4V)，原材料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，材料無(wú)毒，環(huán)境友好，循環(huán)性和熱穩(wěn)定性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有前途的鋰離子電池正極材料。但是LiFePO4材料存在著導(dǎo)電率較差、堆積密度相對(duì)較低的缺點(diǎn)，限制了它的實(shí)際應(yīng)用。因此，提高LiFePO4的導(dǎo)電性能是目前該材料的研究熱點(diǎn)。
　　 本文在綜述國(guó)內(nèi)外鋰離子電池LiFePO4正

2、極材料研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，從降低生產(chǎn)成本和提高材料電化學(xué)性能出發(fā)，采用化學(xué)共沉淀法，對(duì)LiFePO4進(jìn)行合成工藝改進(jìn)，制備了LiFePO4及其改性化合物正極材料。采用掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)以及熱重-差示掃描量熱分析(TG-DSC)等方法對(duì)材料的表面形貌、晶體微觀結(jié)構(gòu)、成分以及熱分解過(guò)程進(jìn)行了分析研究，并采用恒電流充放電等測(cè)試手段分析材料的電化學(xué)性能。
　　 本研究以分析純的FeSO4·7H2O、H3PO4

3、和LiOH·H2O為主要原料，通過(guò)控制共沉淀反應(yīng)的工藝條件，先合成Fe3(PO4)2與Li3PO4均勻混合的前驅(qū)體，再經(jīng)高溫焙燒，合成了橄欖石型LiFePO4。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中系統(tǒng)研究了原料配比、合成反應(yīng)溫度、保溫時(shí)間以及抗氧化劑對(duì)產(chǎn)物L(fēng)iFePO4及其合成工藝的影響，探討了LiFePO4的形成機(jī)理，對(duì)合成的LiFePO4粉體進(jìn)行了電化學(xué)性能測(cè)試。研究表明，通過(guò)共沉淀法制備前驅(qū)體，再在650℃于N2保護(hù)氣氛中高溫焙燒6h后制備得到了晶粒細(xì)小、

4、純相的LiFePO4粉體，粉體振實(shí)密度0.89g/ml，0.2C倍率下首次放電比容量為120mAh/g，20次循環(huán)測(cè)試后，放電比容量下降到108mAh/g。
　　 為了進(jìn)一步改進(jìn)LiFePO4材料的電化學(xué)性能，以Co(CH3COO)2·4H2O為鈷源進(jìn)行了Co2+摻雜LiFePO4的改性研究，測(cè)試了不同Co2+摻雜量對(duì)LiFe1-xCoxPO4的晶胞體積和電性能的影響。研究結(jié)果表明：LiFe1-xCoxPO4的晶胞體積和首次放電