燃燒法制備磷酸鐵鋰正極材料及其摻雜改性.pdf

1、橄欖石型結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰（以下簡(jiǎn)稱(chēng)LFP）作為一種鋰離子電池正極材料，以其高安全性、環(huán)境友好、原料廣泛、循環(huán)性能穩(wěn)定而備受關(guān)注。目前其國(guó)內(nèi)外的合成方法較多，但大都存在Fe2+易被氧化的問(wèn)題，需要通入惰性氣體保護(hù)，大大增加了生產(chǎn)成本。另外，受自身晶體結(jié)構(gòu)的影響，LFP的本征電子電導(dǎo)率較差、Li+擴(kuò)散系數(shù)較低，二者限制了其電化學(xué)性能的發(fā)揮。研究表明，表面包覆、離子摻雜以及細(xì)化顆?？梢杂行Ц纳芁FP的電化學(xué)性能。
　　本文首先采用燃燒法，

2、以LiNO3、(NH4)2HPO4以及三價(jià)鐵源Fe(NO3)3·9H2O為原料，檸檬酸為絡(luò)合劑與還原劑，在不通入惰性氣體保護(hù)的情況下快速合成了粒徑較小的未摻雜磷酸鐵鋰（以下簡(jiǎn)稱(chēng)N-LFP），并通過(guò)XPS分析驗(yàn)證了Fe3+的還原。運(yùn)用XRD、SEM、FT-IR、激光粒度分析、電化學(xué)性能測(cè)試等多種手段，系統(tǒng)考察了檸檬酸用量、埋燒溫度以及埋燒時(shí)間對(duì) N-LFP結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響，綜合分析得出燃燒法制備N(xiāo)-LFP的最佳合成條件為：檸檬酸用量

3、φ=2、埋燒溫度700℃、埋燒時(shí)間10h，制得材料在0.2C電流密度下的首次放電比容量為121.8 mAh/g。
　　在上述最佳工藝條件下，采用燃燒法制備高價(jià)金屬離子（Mg2+、Zr4+）鋰位摻雜磷酸鐵鋰（以下簡(jiǎn)稱(chēng) Y-LFP）。通過(guò)對(duì)樣品 XRD、FT-IR、XPS、EDS圖譜的全面分析，表明 Mg2+與 Zr4+摻雜進(jìn)入了晶格內(nèi)部，以固溶體的形式存在于晶格中。恒溫充放電測(cè)試結(jié)果顯示，材料的首次放電比容量均隨摻雜量的增加先增大后

4、減小，表明少量離子摻雜可以提高LFP的電化學(xué)性能，而摻雜量過(guò)多則因Li+濃度減小，造成容量衰減。Mg2+與 Zr4+的摻雜量分別為 x=0.03、x=0.02時(shí)，材料獲得最大的放電比容量分別為141 mAh/g與141.9 mAh/g，且經(jīng)30次循環(huán)后容量衰減很少。Li0.98Zr0.02FePO4與Li0.98Mg0.02FePO4樣品的循環(huán)伏安測(cè)試結(jié)果表明，摻雜量與摻雜離子半徑相同而離子價(jià)態(tài)不同的Zr4+ Y-LFP的電化學(xué)性能優(yōu)于