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随着可再生能源的日益减少和环境污染的日益加剧,以绿色、环保、节能、可再生为主题的新一代能源已经成为各国科研工作者关注的焦点。具有橄榄石结构的LiFePO4以其安全性好、成本低、性能好、对环境友好等优点成为近几年来人们研究和开发的热点。但LiFePO4存在锂离子的扩散系数小,电子导电率低等缺点,导致其室温下的循环性能及高倍率充放电性能差。通过改进制备工艺和材料改性等手段提高LiFePO4的综合性能,具有重要的理论和实际意义。 本文以自制的FePO4· xH2O为铁源,以研制高容量、高倍率、循环性能良好的锂离子电池正极材料LiFePO4/C为核心,开展了其制备及改性研究。通过改进制备方法、优化制备工艺条件和掺杂改性等手段,结合FTIR、XRD、SEM、CV、EIS和倍率充放电等检测技术,对LiFePO4/C的制备及掺杂改性进行研究,取得结果如下: (1)采用低温还原-热处理法制备LiFePO4/C材料。考察了热处理温度、热处理时间、草酸加入量、球磨时间等工艺参数对材料结构、形貌及电化学性能的影响,得到合适的工艺条件为:草酸过量3%,球磨时间6h,700℃热处理12h。合适工艺条件下制得晶型发育良好,粒度分布均匀的类球形粉体,其在0.1C、0.2C、0.5C、1.0C和2.0C的首次放电比容量分别为147.0 mAh·g-1、140.9 mAh·g-1、134.5 mAh·g-1、118.4 mAh·g-1和73.6mAh· g-1,循环10次后容量保持率均在98.5%以上。材料具有良好的循环稳定性,高倍率下首次放电比容量明显优于苹果酸高温还原制备的材料。 (2)采用复合碳源法制备LiFePO4/C材料。考察了不同复合碳源及加入量对材料结构、形貌及电化学性能的影响。得到合适的工艺条件为:在草酸低温还原的基础上,添加10%的苹果酸进行热处理。该条件下制备的LiFePO4/C材料电化学性能良好,在0.1C、0.2C、0.5C、1.0C和2.0C的首次放电比容量分别为158.6mAh·g-1、152.4mAh· g-1、143.5mAh·g-1、130.6mAh· g-1和90.2 mAh· g-1,循环10次后容量保持率分别为99.18%、99.15%、99.09%、99.02%和98.66%。相比单一的草酸低温还原,草酸和苹果酸双碳源的配合,有效地提高了材料的倍率性能和循环性能。 (3)采用复合碳源法制备Fe位掺杂的LiFe1-xLaxPO4/C材料。考察了不同La3+掺入量对材料结构、形貌及电化学性能的影响;合适掺量制得的LiFe0.995La0.005PO4/C材料颗粒规整、大小分布均匀,其在0.1C和1.0C的首次放电比容量分别为169.6mAh·g-1和140.1mAh·g-1,循环20次后容量保持率分别为98.88%和98.64%。适量的Fe位掺La3+有效地提高了材料的电化学性能。