锂离子电池正极材料LiFePO<,4>/C的合成及分析表征

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磷酸亚铁锂正极材料具有理论容量高(170mAh·g-1),循环性能好,来源丰富,安全性高,环境友好等特点,是锂离子动力电池和大型蓄电源正极材料的热门备选材料。目前磷酸亚铁锂材料已经进入产业化阶段,出现了专门用于制备磷酸亚铁锂的电池级磷酸铁。选用磷酸铁FePO4作为原料,可以简化合成工艺,减少环境污染。本论文主要进行了以下几方面的工作:   FePO4原料的品质直接影响LiFePO4产物的性能。本论文以4种型号的市售FePO4·2H2O为原料采用碳热还原法分别合成不同的LiFePO4/C正极材料,并测试这些材料的电化学性能,分析表征FePO4·2H2O原料和LiFePO4/C产物的粒径,粒径分布,比表面积和形貌,并将LiFePO4/C组装成扣式电池进行电化学性能测试。测试结果表明在诸物理性能中,原料FePO4·2H2O的比表面积对产物的电化学性能有决定性的影响。粒径不能作为单独的选择条件。原料粉体的微观形貌对材料没有直接的影响。   比较考察了以柠檬酸,蔗糖,PVA三种有机物作为碳源对LiFePO4电化学性的改善情况和物理性能的影响。三种有机碳源在不同程度上提高了LiFePO4电化学性能,单独使用时各存在优缺点。将三种有机物按蔗糖:柠檬酸:PVA=3:2:1的比例混合添加,制得的LiFePO4/C在0.5 C、1C、2C、5C下首次放电比容量分别达到:144.5 mAh·g-1、138.5 mAh·g-1、130.5mAh·g-1、110.7 mAh·g-1。   选用两组FePO4·2H2O为原料合成了LiFePO4/C复合材料并掺入1%的LiF进行改性。对XRD图谱的分析表明,LiF与LiFePO4/C形成了单一的固溶体。循环伏安扫描结果显示,F离子的掺入有效降低了锂离子的极化作用。其中一个样品在同等倍率下的放电比容量比未掺杂样品的放电比容量提高了20mAh·g-1左右。对两组样品放电比容量的对比发现:采用简单的固相一步合成法制备磷酸亚铁锂正极材料,当正极材料的比容量发挥到一定水平时,掺碳和氟离子掺杂对正极材料性能的提高是有限的。必须通过其他手段进一步提升磷酸亚铁锂材料的倍率性能。
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