论文部分内容阅读
橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)作为锂离子电池正极材料在3.45V时发生锂离子脱嵌反应，理论放电容量高达170mAh/g。因其价格低廉、资源丰富、无毒无污染、理论容量高以及循环稳定性好等特性而受到人们的广泛关注，但其过低的导电率和锂离子扩散速率使其在大电流充放电时容量迅速衰减，限制了其在电池上的进一步应用。因此，提高LiFePO4颗粒的导电率和锂离子扩散速率成为当前锂离子电池研究领域的重点问题。本文采用溶剂热法合成LiFePO4，并通过氧化石墨烯(GO)原位修饰和物理共混修饰两种方式改善LiFePO4材料的电化学性能。采用双溶剂热法(DMF/H2O)合成橄榄石型LiFePO4颗粒，考察了反应溶剂N,N-二甲基甲酰(DMF)与H2O的比例、反应物浓度、GO和蔗糖的添加量对颗粒尺寸与形貌的影响。研究结果表明：当溶剂中DMF:H2O=3:1且反应物FeSO4·7H2O浓度为0.05mol/L(原料中FeSO4·7H2O：H3PO4：LiOH·H2O的摩尔比1:1:3)时得到分散均匀、形貌规则的橄榄石型LiFePO4颗粒，GO和蔗糖的加入对颗粒形貌和尺寸没有产生太大影响，但蔗糖浓度过大时产物发生团聚，分散性变差。通过在反应物中原位引入不同浓度的GO对LiFePO4在不同条件下进行修饰改性，将获得的LiFePO4/Graphene复合物进行电化学性能测试。结果表明，当反应釜内加入的GO浓度为2mg/mL时，溶剂热时间为15h，退火温度为500°C，退火时间3h时得到的LiFePO4/Graphene复合物有最佳的电化学性能，在0.2C充放电时放电容量为161.1mAh/g，但循环性能较差。通过比较引入不同含量的蔗糖对LiFePO4/Graphene电化学性能的影响，发现蔗糖的添加能提高材料的循环稳定性。当添加蔗糖与GO质量比为30:1和50:1时，可得到倍率性能优异循环稳定性良好的LiFePO4/Graphene/C复合材料。通过改变GO与LiFePO4的质量比，采用物理共混的方式对LiFePO4进行石墨烯修饰以改善其电化学性能。结果表明，当LiFePO4:GO=100:2时，复合物LiFePO4/G2具有最好的电化学性能，0.2C充放电时首次放电容量达到164mAh/g，在5C充放电时容量达到80mAh/g。