聚陰離子型鋰離子電池正極材料的制備及改性.pdf

1、聚陰離子型正極材料LiFePO4和Li3V2(PO4)3具有成本低、比容量高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全性好等優(yōu)點，被視為最有發(fā)展前景的鋰離子動力電池正極材料之一。但是兩者較低的電子電導(dǎo)率導(dǎo)致其倍率性能較差，嚴(yán)重制約了它們的商品化進(jìn)程。因此，提高材料的電導(dǎo)率是兩者的研究重點。本文利用X射線粉末晶體衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、循環(huán)伏安(CV)、電化學(xué)阻抗譜(EIS)以及充放電測試等分析手段較為系統(tǒng)的研究了兩者的結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性能及電極動力

2、學(xué)行為，并通過改進(jìn)制備方法、優(yōu)化工藝條件、包覆導(dǎo)電材料、摻雜金屬元素等改性手段提高了其倍率性能及循環(huán)性能。
　　研究了水熱法制備橄欖石結(jié)構(gòu) LiFePO4的原料配比、水熱溫度和水熱時間對其結(jié)構(gòu)，形貌和電化學(xué)性能的影響，優(yōu)化的工藝條件為Li:Fe:P摩爾比為3:1:1，170?C反應(yīng)10h。采用EIS技術(shù)研究了LiFePO4電極電化學(xué)行為，結(jié)果表明電極在Li+脫/嵌的初期和末期，高頻區(qū)電化學(xué)的控制步驟是電荷傳遞，低頻區(qū)是擴(kuò)散。為提高

3、材料的電化學(xué)性能，分別采用高電導(dǎo)率的多壁碳納米管(MWCNTs)和PbTe合金對其進(jìn)行表面修飾。XRD測試結(jié)果表明，MWCNTs和PbTe的引入并沒有改變LiFePO4的晶體結(jié)構(gòu)。SEM觀察發(fā)現(xiàn)MWCNTs均勻分散在LiFePO4表面，而 PbTe則以小顆粒形式分散于LiFePO4表面。電化學(xué)性能測試結(jié)果表明MWCNTs和PbTe的引入可以顯著提高材料的倍率性能和循環(huán)性能，并且最佳引入量均為5mass％。電導(dǎo)率，CV和EIS的研究表明，

4、MWCNTs和PbTe的引入可以提高LiFePO4的電導(dǎo)率及電化學(xué)反應(yīng)的可逆性，降低歐姆電阻Re和電荷傳遞電阻Rct，從而提高材料的電化學(xué)性能。
　　采用溶膠凝膠法制備 LiFePO4/C材料，分別考察了蔗糖加入量、燒結(jié)溫度及燒結(jié)時間對其結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響，優(yōu)化的工藝條件為蔗糖加入量60mass%，700?C燒結(jié)10h。為進(jìn)一步提高 LiFePO4/C的性能，研究了 Al摻雜對其結(jié)構(gòu)，形貌及電化學(xué)性能的影響。XRD測試和SEM

5、觀察結(jié)果表明摻雜材料的晶胞體積收縮，結(jié)晶度和粒度的均勻性均有提高。電化學(xué)性能測試結(jié)果表明摻雜材料的倍率性能和循環(huán)性能均有明顯提升，摻雜量x=0.01時材料表現(xiàn)出最優(yōu)的電化學(xué)性能。電導(dǎo)率，CV和EIS的研究表明，Al摻雜提高了LiFePO4/C的電導(dǎo)率及電化學(xué)反應(yīng)的可逆性，降低了 Re和Rct。電子結(jié)構(gòu)分析表明，Al摻雜通過降低 LiFePO4的禁帶寬度提高其導(dǎo)電性，并且摻雜體系呈現(xiàn)局部金屬性特征。
　　采用溶膠凝膠法制備Li3V2

6、(PO4)3/C材料，研究了Vc加入量，燒結(jié)溫度及燒結(jié)時間對其結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響，優(yōu)化的工藝條件為 Vc加入量20mass%，800?C燒結(jié)8h。采用EIS技術(shù)研究了Li3V2(PO4)3/C電極的動力學(xué)行為，結(jié)果表明在 Li+脫/嵌的初期，高頻區(qū)電化學(xué)的控制步驟是電荷傳遞，低頻區(qū)是擴(kuò)散，而在 Li+脫/嵌的末期，電極過程動力學(xué)則是由電荷傳遞控制。為進(jìn)一步提高 Li3V2(PO4)3/C的性能，研究了 Zr摻雜對其結(jié)構(gòu)，形貌以及電化