溶膠凝膠法制備磷酸鐵鋰復合材料及其微結構與磁性能研究.pdf

1、鋰離子電池正極材料橄欖石型磷酸鐵鋰具有對環(huán)境無污染、價格低、原料來源豐富、比能量高和安全性能突出等特點，是最有潛力的鋰離子電池正極材料中的一種。但是鋰離子電池正極材料橄欖石型LiFePO4存在缺點，第一是它的堆積密度小，這樣使得其體積比容量低，對應做出來的電池體積相對較大。第二是其離子擴散系數(shù)小及電導率低。而材料的電導率κ、磁性和空穴型極化子有關。橄欖石型磷酸鐵鋰中空穴的自旋與三價鐵陽離子(Fe3+)的(tg↑)3(eg↑)2電子結構相

2、關，與擁有(tg↑)3(eg↑)2tg↓電子結構的二價鐵陽離子(Fe2+)通過雙交換機制發(fā)生鐵磁耦合，所以失去電子就會引起極子型的畸變，這時會產(chǎn)生自旋極化電荷云。
　　本文使用操作簡單、合成條件易于控制、制備材料顆粒小等特點的溶膠凝膠法(sol-gel)，通過一步法制備磷酸鐵鋰碳復合材料;通過兩步法制備金屬單質(zhì)銅與磷酸鐵鋰碳復合材料;通過兩步合成AxOy型金屬氧化物（二氧化錳、三氧化二鋁）與橄欖石型磷酸鐵鋰碳復合材料。并用TG、X

3、RD、FTIR、SEM、VSM等方法對復合材料的合成過程樣品熱特性、物相結構、官能團及化學鍵、微觀表面形貌和磁學特性等特征進行了研究。
　　主要研究結果和創(chuàng)新點如下:
　　1.研究了不同碳源對磷酸鐵鋰復合材料的影響，使用了五種不同的碳源（乙二醇、聚乙二醇4000、聚乙烯醇PVA-124、一水合檸檬酸和葡萄糖）通過溶膠凝膠法(sol-gel)合成LiFePO4/C復合材料。XRD研究表明樣品均為橄欖石相磷酸鐵鋰。SEM測試表明

4、以乙二醇為碳源的樣品成多孔結構，而以葡萄糖為碳源的樣品顆粒較大，大小為40微米。VSM研究表明:一方面以聚乙烯醇(PVA-124)為碳源的樣品相對比飽和磁化強度最大，大小為2.01emu/g，另一方面以乙二醇為碳源的樣品矯頑力最大，其值為170.67Oe。
　　2.研究了銅(Cu)對磷酸鐵鋰復合材料的影響，通過兩步法合成不同質(zhì)量比的銅和磷酸鐵鋰復合材料，并用TG、XRD、FTIR、SEM和VSM等方法對銅和磷酸鐵鋰復合材料的合成過

5、程樣品熱特性、物相結構、官能團及化學鍵、微觀表面形貌和磁特性進行了研究。表明復合材料前驅(qū)體升溫到大概400℃以后可能開始有復合材料合成。復合材料物相結構分析出現(xiàn)明顯磷酸鐵鋰和銅單質(zhì)的主要峰型，無雜質(zhì)峰。微觀形貌SEM分析表明復合材料顆粒性明顯、分散性較好，顆粒大小主要為400nm。室溫下測試磁滯回線表明銅單質(zhì)的引入使得復合材料的Ms(emu/g)、Mr(emu/g)和Area of hysteresis loop(kOe·emu/g)都

6、有微小減小變化趨勢。
　　3.研究二氧化錳對磷酸鐵鋰復合材料的影響，通過兩步法合成不同質(zhì)量比的二氧化錳和磷酸鐵鋰復合材料，并用TG、XRD、FTIR、SEM和VSM等方法對二氧化錳和磷酸鐵鋰復合材料的合成過程樣品熱特性、物相結構、官能團及化學鍵、微觀表面形貌和磁特性進行了研究。表明復合材料前驅(qū)體升溫400℃以后可能開始有復合材料合成。復合材料物相結構分析出現(xiàn)明顯磷酸鐵鋰和二氧化錳的主要峰型，無明顯雜質(zhì)峰型。微觀形貌SEM分析表明復

7、合材料顆粒性明顯、分散性較好，顆粒大小主要為168nm。室溫下測試磁滯回線表明二氧化錳的引入使得復合材料的Ms(emu/g)、Mr(emu/g)和Area of hysteresis loop(kOe·emu/g)基本上是隨著二氧化錳的增加而增加。
　　4.研究三氧化二鋁(Al2O3)對磷酸鐵鋰復合材料的影響，通過兩步法合成不同質(zhì)量比的Al2O3和磷酸鐵鋰復合材料，并用TG、XRD、FTIR、SEM和VSM等方法對Al2O3和磷酸

8、鐵鋰復合材料的合成過程樣品熱特性、物相結構、官能團及化學鍵、微觀表面形貌和磁特性進行了研究。表明復合材料前驅(qū)體升溫450℃以后可能開始有復合材料合成。復合材料物相結構分析出現(xiàn)明顯磷酸鐵鋰和Al2O3的主要峰型，沒有出現(xiàn)雜質(zhì)峰。微觀形貌SEM分析表明復合材料顆粒性明顯、分散性較好，顆粒大小主要為350nm。室溫下測試磁滯回線表明三氧化二鋁的引入使得復合材料的Ms(emu/g)、Mr(emu/g)和Area of hysteresisloo