锂离子电池正极材料LiFePO4的合成及性能研究

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橄榄石型的LiFePO4因具有比容量高、原料资源丰富、安全性好和环境友好等优点,被认为是最有应用潜力的新型锂离子电池正极材料。但是LiFePO4的电子电导率和锂离子传导率均较低,使其在高倍率充放电时容量偏低。因此为了推动这种材料的广泛应用必须对其进行改性研究,提高它的电子电导率和锂离子扩散能力。采用高温固相法,考察了合成过程中焙烧温度和焙烧时间对材料电化学性能的影响。研究表明,在600℃焙烧20h合成材料的电化学性能最好。利用金属铜对LiFePO4进行了表面修饰。非电解沉积法合成了LiFePO4/Cu复合正极材料。该材料具有比纯相LiFePO4更好的电化学性能。以0.1C倍率充放电,首次放电比容量可达139 mAh/g;以1.0C倍率充放电,在第40次循环过程中的放电比容量也有99mAh/g。利用碳对LiFePO4进行了表面修饰。以葡萄糖作为碳源,合成了LiFePO4/C复合正极材料。结果表明:引入碳元素后,材料仍然保持标准的橄榄石型LiFePO4的晶体结构;随着碳含量的增加,材料的电化学阻抗明显减小;其放电比容量、循环性能及大倍率充放电能力得到了显著改善。样品(d)的在0.C倍率下的放电比容量达140mAh/g。对LiFePO4进行了较为详细的镍离子铁位掺杂改性研究。结果表明,在所掺杂的范围内,材料均保持着橄榄石型LiFePO4的晶体结构。其充放电比容量均比未掺杂时明显提高。当掺杂量为0.05摩尔比时,材料具有最高的充放电比容量和最好循环性能,0.1C倍率下的放电比容量为131 mAh/g。对固相法进行了改性,在高温焙烧阶段采用真空气氛合成LiFePO4材料。实验结果表明,真空气氛下合成了单一的橄榄石型的LiFePO4,其电荷转移阻抗比氮气气氛下合成的LiFePO4低,电化学性能优于氮气气氛下合成的LiFePO4。以0.1C倍率充放电,首次放电比容量可达131mAh/g,即使以1.0C倍率充放电,首次放电比容量也达107 mAh/g。
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