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橄榄石型LiFePO4材料由于其电子及离子传导率差,影响了其作为动力电池的应用。本文旨在通过碳包覆、双位离子掺杂及三维导电网络构筑等方法对LiFePO4进行改性,分别研究改性后材料的结构与电化学性能,特别是低温下的性能。
分别以柠檬酸铁或柠檬酸铁铵为有机碳源、铁源和络合剂,采用溶胶凝胶-高温固相烧结法合成了LiFePO4/C。材料测试结果表明:材料为纯相橄榄石晶型;材料的性能由于碳掺杂得到了有效提高;常温下0.1C放电比容量分别为136mAhg-1、168mAhg-1;-20°C下,1C的放电比容量为57mAhg-1、65mAhg-1;柠檬酸铁铵体系制备的LiFePO4/C性能优于柠檬酸铁体系。
以La3+、Mg2+为掺杂离子,采用溶胶凝胶-高温固相烧结法合成了双位离子掺杂型Li1-xLaxFe1-yMgyPO4/C(0≤x<1,0≤y<1)正极材料。通过结构分析与性能测试,结果表明:La3+、Mg2+离子晶格掺杂之后,材料本体的晶体结构并没发生改变;且Li0.99La0.01Fe0.9Mg0.1PO4/C的电化学性能最优;在室温环境下,0.1C的放电比容量达到了155mAhg-1;-200C,1C、5C、10C的比容量则分别达到了69mAhg-1、68mAhg-1、69mAhg-1,低温下的倍率容量保持率得到有效提高。
以炭气凝胶(CA)为模板,利用湿法浸渍、固相烧结的方法制备了Li0.99La0.01Fe0.9Mg0.1PO4/CA复合材料。研究了材料的晶体结构及形貌;恒流充放电试验、EIS测试电化学性能,重点考察了材料在低温下的大倍率性能。结果表明:La、Mg离子的晶格掺杂及炭气凝胶的复合均没有改变材料的晶体结构;SEM及TEM图片显示该材料粒径分散均匀,且为多孔互联网状结构;掺杂及CA复合有效提高了材料在低温下(-20°C)的离子电子导电性,且循环性能优越。