LiFePO4锂离子电池正极材料的制备及表面改性研究

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采用水/乙醇共溶剂热法合成了 LiFeP04,并以蔗糖为碳源,通过高温热处理过程制备碳表面包覆的C-LiFePO4材料,研究反应介质中不同水与乙醇比例对制备颗粒的形貌尺寸和电化学性能的影响。XRD分析结果表明,以不同比例的水和乙醇为反应介质,在高压反应釜中150℃条件下反应10 h,合成的LiFePO4为橄榄石结构,且随着反应介质中乙醇比例的增加,制备的LiFeP04材料020晶面优先生长,有利于材料内部锂离子迁移路径的缩短和材料电化学性能的改善;SEM和TEM测试表明,反应介质中乙醇比例增加,制备出的LiFePO4颗粒粒径减小;充放电性能测试结果表明,反应介质中乙醇含量为130 mL制备的C-LiFePO4(LFP-D)样品表现出最好的首次放电比容量和倍率性能,室温下,倍率为0.2C、0.5C、1 C、2C、5C和1OC时,LFP-D样品的首次放电比容量分别为150.6、143.6、133.8、121.4、99.5和78.2 mAh·g-1;交流阻抗分析表明,反应介质中乙醇比例越高,制备的C-LiFePO4材料的电荷转移电阻越小。采用溶剂热法合成了 LiFeP04,以蔗糖为碳源,通过高温热处理过程制备碳表面包覆的C-LiFeP04材料。并通过溶液共混法制备出聚三苯胺(PTPAn)表面包覆修饰的C-LiFePO4复合正极材料(C-LiFePO4/PTPAn)。XRD测试表明,PTPAn的加入不会影响C-LiFeP04的晶型结构;SEM、TEM分析表明,在溶液中复合的方式可以有效的将PTPAn包覆在C-LiFePO4颗粒表面,且包覆效果良好;充放电测试结果显示,10%PTPAn包覆含量的C-LiFePO4/10%PTPAn复合正极材料具有最好的电化学性能,在0.1 C、0.2 C、0.5 C、1C、2 C、5 C和10 C充放电倍率下,电极的放电比容量分别为154.5、147、143.1、139、136.7、125.4 和 114.2mAh.g-1;交流阻抗分析表明,PTPAn的加入明显减小C-LiFePO4/PTPAn复合材料电极电荷转移电阻,表明C-LiFePO4表面包覆PTPAn能够有效地增大电极材料颗粒与颗粒之间的电子电导率。采用微波辅助溶剂热技术合成了 LiFePO4,以蔗糖为碳源,通过高温热处理过程制备出碳表面包覆的C-LiFePO4材料。并通过溶液共混法将不同比例的高比容量导电含硫苯胺共聚物P(An-co-DTAn)分别与实验制备的C-LiFePO4复合制备出C-LiFePO4/P(An-co-DTAn)复合正极材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析材料的结构和形貌特点、用恒电流充放电法和电化学交流阻抗(EIS)对材料电极进行电池性能和电化学性能测试。结果表明:采用乙二醇作溶剂,在200℃条件下反应10 min合成的材料为橄榄石结构LiFePO4。C-LFP/P(An-co-DTAn)复合材料电极的电化学性能与P(An-co-DTAn)的包覆量有密切关系,适量的P(An-co-DTAn)包覆在C-LFP材料表面可以有效地改善材料的充放电比容量和倍率性能,过多的P(An-co-DTAn)包覆在C-LFP材料表面反而会降低材料的电化学性能。当P(An-co-DTAn)在复合材料中占5%时,得到的复合材料电极电化学性能最佳,0.1 C放电比容量为160.4 mAh.g-1,50次循环后容量保持率为96.26%,10 C倍率性能达104.8 mAh.g-1,20 C倍率达到74.6 mAh.g-1。
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