论文部分内容阅读
橄榄石型LiFePO4正极材料由于其比容量高，对环境友好，价格低廉，较好的化学稳定性等诸多优点，被公认为是最有前途的下一代动力锂离子电池材料。但是由于材料具有较低的电子电导率和离子扩散速率，阻碍了其高倍率性能和低温性能。虽然，目前LiFePO4正极材料已经进入产业化阶段，但是还不能够满足大功率动力电源的要求。LiFePO4正极材料的高倍率性能和低温性能还有待进一步提高，另外，材料的振实密度和成本控制还有改进的空间。本论文中使用不同的制备方法对LiFePO4进行改性，采用XRD、SEM、TEM等表征方法和恒流充放电、交流阻抗等电化学测试技术，系统的研究了LiFePO4微观结构及电化学性能等。为该材料的实际应用进行了大量的探索性研究。以过渡金属元素Cu2+、Mo6+和Nb5+为掺杂元素，通过二次球磨固相法制备了高振实密度的Fe位掺杂或者Li位掺杂的LiFePO4/C正极材料。探讨了不同过渡金属元素掺杂量对LiFePO4/C晶体结构的影响，分析了掺杂过渡金属元素后LiFePO4/C电化学性能得到提高的原因。研究认为适量的过渡金属元素掺杂能够加宽Li+离子在LiFePO4晶胞中沿着[010]方向的扩散通道，从而提高了LiFePO4/C的电化学性能。选择CePO4、SmPO4和Li3V2(PO4)3作为Li+离子导体，通过液相沉淀法结合碳热还原法制备出了离子导体和电子导体碳共包覆的LiFePO4正极材料。对Li+离子导体修饰的LiFePO4/C正极材料的晶体结构及电化学性能进行了探讨，分析了混合包覆层中Li+离子导体对LiFePO4/C电化学性能影响的原因。认为适量的Li+离子导体和碳共包覆LiFePO4能够明显的提高Li+和电子在材料表面的电导率，进一步改善材料的电化学性能。以乙二醇作为溶剂溶剂热法制备出了具有大量(010)面的LiFePO4纳米片。通过调整溶剂热的反应时间，对LiFePO4纳米片的生长机理进行了深入的探讨。另外，以甘油和水作为溶剂，通过调整溶剂组分的比例溶剂热法合成了具有较短b轴的不同形貌LiFePO4纳米颗粒。分析了不同形貌的LiFePO4纳米颗粒的生长机理，同时，对不同形貌的LiFePO4纳米颗粒之间的转化机制也进行了详细的探讨。由于所制备的材料均具有较短的b轴，碳包覆后，所制备的LiFePO4@C纳米颗粒具有非常好的电化学性能。通过溶剂热法制备了具有大量(010)面的LiFePO4纳米片。在碳包覆过程中，以二茂铁为催化剂原位催化合成高石墨相碳包覆的LiFePO4纳米片。研究了高石墨相碳对LiFePO4纳米片电化学性能的影响，尤其是高倍率性能和低温性能。与无定形碳相比，高石墨相的碳具有更优异的电子导电性，所以高石墨相碳包覆的LiFePO4纳米片具有更优异的电化学性能。另外，为了降低LiFePO4的生产成本，不需任何后期的高温热处理，直接采用300oC低温溶剂热的方法制备了LiFePO4/CNT正极材料。系统的研究了不同CNT的含量对LiFePO4电化学性能的影响。