水熱合成鋰離子電池正極材料LiFePO-,4-的改性研究.pdf

1、橄欖石型LiFePO<,4>具有安全性能突出、價(jià)格低廉、綠色環(huán)保、循環(huán)性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，成為目前最具應(yīng)用潛力的新一代鋰離子電池用正極材料，在電動(dòng)工具和電動(dòng)車輛所用的動(dòng)力電池中具有廣泛的應(yīng)用前景和充分的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。包覆導(dǎo)電物質(zhì)和摻雜合金元素是進(jìn)一步提高LiFePO<,4>電化學(xué)性能的主要手段。本文采用水熱合成法制備了摻雜稀土元素和過(guò)渡金屬的LiFePO<,4>，研究了摻雜元素對(duì)提高LiFePO<,4>正極材料導(dǎo)電率的作用；并采用不同碳的前驅(qū)體

2、和不同合成條件研究了碳包覆對(duì)提高LiFePO<,4>電化學(xué)性能的影響。最后探索了在材料中植入納米碳管和加入金屬導(dǎo)電單質(zhì)等方法對(duì)提高LiFePO<,4>電化學(xué)性能的可能性。 本文采用FeSO<,4>、H<,3>PO<,4>、LiOH和稀土鹽等無(wú)機(jī)化合物原料，通過(guò)水熱法合成了不含碳的Li(RE，F(xiàn)e)PO<,4>(RE=La、Ce、Nd)正極材料，由此去除碳包覆的影響，揭示摻雜對(duì)LiFePO<,4>的改性作用。XRD和FESEM結(jié)果

3、顯示所得產(chǎn)物具有規(guī)整的橄欖石型結(jié)構(gòu)和均一的微觀形貌，顆粒尺寸在50～100 nm范圍。結(jié)果表明：摻雜后LiFePO<,4>正極材料的電導(dǎo)率可提高1～3個(gè)數(shù)量級(jí)，首次充放電容量提高2～5倍，其中以Nd摻雜效果最為明顯。這是因?yàn)镹d更易摻入LiFePO<,4>晶格中，使施主摻雜效果更明顯，有助于提高載流子濃度和材料電導(dǎo)率，改善材料的電化學(xué)性能。當(dāng)Nd元素在LiFePO<,4>材料中的摻雜量為1.5 mol％時(shí)，首次充放電曲線和循環(huán)容量圖所表

4、現(xiàn)出來(lái)的電化學(xué)性能最優(yōu)。 用水熱法對(duì)LiFePO<,4>中的Fe原子位進(jìn)行過(guò)渡金屬摻雜，合成了Li(M，F(xiàn)e)PO<,4>(M=Mn，Co，Ni)及相應(yīng)的高溫碳包覆復(fù)合材料。結(jié)果顯示：摻雜過(guò)渡金屬可以提高LiFePO<,4>材料的電導(dǎo)率，在充放電過(guò)程中提高Fe<'3+>/Fe<'2+>電對(duì)的氧化還原動(dòng)力學(xué)性能，減小極化，進(jìn)而改善材料的電化學(xué)性能，大幅度提高材料的比容量。其中以Mn和Ni摻雜的容量提高得比較明顯。 比較葡萄

5、糖和聚丙烯做碳源包覆效果。在一定的溫度范圍(600℃～700℃)內(nèi)聚丙烯的包覆效果要明顯優(yōu)于葡萄糖，這可能與聚丙烯分解碳的石墨化程度高有關(guān)。當(dāng)聚丙烯作碳源時(shí)，LiFePO<,4>的最佳包覆溫度是600℃；當(dāng)葡萄糖作碳源時(shí)，LiFePO<,4>的最佳包覆溫度稍高是650℃。但高溫(750℃)時(shí)聚丙烯碳包覆產(chǎn)物的電化學(xué)性能急劇惡化。推斷是因?yàn)楦邷貢r(shí)聚丙烯分解物中過(guò)量的H因?yàn)檫€原作用將PO<,4>根還原成焦磷酸根，導(dǎo)致LiFePO<,4>正極