鋰離子電池正極材料LiFePO4-C表面碳層的改性研究.pdf

1、隨著化石能源儲量的日益枯竭和傳統(tǒng)能源使用方式所帶來的嚴重環(huán)境問題，人類迫切需要加強新能源的有效開發(fā)與利用以緩解能源危機和人與自然環(huán)境的矛盾。除核能之外的新能源如風能、水能、太陽能因其間歇性的特征皆需要高效、安全的儲能設(shè)備作為支撐。在當代社會所廣泛普及的儲能設(shè)備中，鋰離子電池因其較高的能量密度、恰當?shù)墓ぷ麟妷骸⒘己玫臒岱€(wěn)定性和較小的自放電性能逐漸成為最具競爭力的儲能材料。橄欖石型結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰（LiFePO4）正極材料因具備超長的循環(huán)壽命

2、、低廉的價格和環(huán)境友好性逐漸成為最具市場前景的正極材料之一。
　　目前，LiFePO4面臨存在較低的電子電導率和較小的鋰離子擴散速率，是制約LiFePO4在高倍率的動力電池和超長壽命的儲能設(shè)備中應(yīng)用的主要因素。針對以上弱點，目前主要的改善方法為：改變顆粒的形態(tài)和尺寸、晶體相摻雜和表面改性。原始的表面碳包覆可以在一定程度上改善電子電導率，但是在高倍率和循環(huán)壽命方面卻難以達到更高的使用要求。
　　本文以三聚氰胺氮源、硼酸為硼源通

3、過恰當?shù)谋壤晚樞蚬餐瑩诫sLiFePO4/C表面碳層以改善電子電導率，成功制備了共摻雜新型材料LiFePO4/C-N+B，并將實驗成果應(yīng)用于商品磷酸鐵鋰成功改性。在20C高倍率下，氮硼共改性可將LiFePO4/C的放電比容量從101.1 mAh g?1提高至121.6 mAh g?1；將商品LiFePO4/C由48.1 mAh g?1提升至78.4 mAh g?1。
　　此外，本文還以萘為造孔劑，實現(xiàn)了 LiFePO4/C表面碳層

4、的微孔擴大， LiFePO4/C的表面碳層的微孔體積由0.015cc g-1提高到了0.098cc g-1，有效地提升了鋰離子擴散速率和LiFePO4/C在高倍率下的電容量和循環(huán)壽命。同時，通過XRD、拉曼光譜、XPS、SEM、GRTEM、TG、BET氮氣、二氧化碳吸附法、四探針方法、LAND電化學測試及EIS檢測方法對碳層改性的LiFePO4/C正極材料進行詳細的表征和分析。結(jié)果證明：表面碳層的改性不會對磷酸鐵鋰晶體結(jié)構(gòu)和粒徑大小造成