高压实密度磷酸铁锂正极材料的设计、制备和改性研究

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日益严峻的能源危机是21世纪人类面临的重大挑战之一。为满足人类日益增长的能源需求,开发环保、可持续发展的新型能源至关重要。锂离子电池具有工作电压高、能量密度高等优点,是最具潜力的二次电池。磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料,具有比容量高、循环寿命长、热稳定性高、环境友好、低成本等优点。但是较低的压实密度是亟待解决的问题。本文通过以下方案提高电池的压实密度。(1)通过选取廉价的原料磷酸铁、磷酸锂、铁粉、葡萄糖为原料,合成振实密度为1.45 g cm-3磷酸铁锂。本方案原子利用率接近100%,除少量葡萄糖分解产生气体外无其它副产物产生。原料相互间结合紧密,有利于磷酸铁锂结晶,易于形成密实的磷酸铁锂。廉价的原料有利于向产业化方向发展,理论研究与产业化相结合,能够发挥出最大的经济效益。(2)磷酸铁锂晶体结构为橄榄石型,电化学和热稳定性好,有利于大电流充放电,但是锂离子的一维扩散限制了其大电流的性能发挥。针对这点,我们设计合成了具有铁空位的磷酸铁锂,使得锂离子沿一维通道传输的同时可以通过铁空位的位置传输到相邻通道,提高锂离子扩散速率,在1C倍率充放电下比容量为140 mAh g-1。(3)压实密度是锂离子电池制造中的重要参数,对循环性能和体积能量密度的提高有着重要影响,尤其是像磷酸铁锂这类导电性差的材料。我们通过对压实密度的探究,发现合适的压实密度有利于电池倍率性能的发挥。通过选取高导电的碳纳米管部分替代常用的乙炔黑,以提高导电性,改善大电流充放电能力。本实验制备电极压实密度为2.32 g cm-3,高于对比样品商用磷酸铁锂的2.15g cm-3
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