锂离子电池正极材料lifepo-%2c4-制备及其改性的研究

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1、锂离子电池正极材料LiFeP04的制备及其改性研究摘要由于橄榄石结构的LiFeP04具有能量密度高、原料价格低廉、环境友好和安全性高等优点而成为最受关注的锂离子电池『F极材料。本文以自制Li3P04为前驱体，在水热条件下与FeS04·7H20反应制备得到纯相LiFePO。，并通过碳包覆和Cu2+掺杂对其进行了有效改性，获得了适合高电流密度放电的LiFeP04正极材料。主要内容如下：以Li3PO。为原料，采用水热法可以制备出粒径均一的LiFeP04，通过改变水热温度研究了水热温度对材料理化性能和电化学性能的影响，并根据均相成核理论对以

2、Li3P04为原料制备LiFeP04材料的反应机理进行了探讨，在150．200℃的温度范围内升高水热反应温度，产物LiFeP04正极材料颗粒明显减小，从而减小了锂离子的扩散路径，增大锂离子的扩散系数，使材料具有更好的电化学性能。在200℃水热温度下，通过改变反应时间对材料的晶体生长过程进行了研究，实验结果说明，随着时问的延长，晶体形貌会更加规整，反应时间为24h制备的材料，颗粒的形貌规整，具有更高的电化学性能，0．5C放电的比容量为理论容量(170mAh·g一)的79．4％，1C倍率循环loo次后材料的比容保持率为首次的92．4％。

3、加入不同量的蔗糖经过后期热处理对材料进行碳包覆，通过对复合正极材料LiFePO。／C进行充放电测试、循环伏安测试和交流阻抗分析，确定最佳的蔗糖加入量为l0％(质量比)，以O．2C、0．5C、1C、2C、5C和10C倍率电流放电材料的放电比容量分别为156．2mAh·g～、151．5mAh·g～、140．7mAh·g一、130．3mAh·g一、119．5mAh·g一和99．6mAh·g～，以1C倍率放电，循环loo次后容量保持率为96．1％，表现出很好的倍率放电性能和循环性能。在10％蔗糖量碳包覆材料LiFePO。／C的基础上研究了不

4、同掺杂量对材料理化性能和电化学性能的影响，研究结果证明部分Cu2+被掺入到LiFeP04晶体晶格中，并根据杂质缺陷理论对Cu2+掺杂机理进行了探讨。通过对LihC比FeP04／C复合正极材料进行充放电测试、循环伏安测试和交流阻抗分析，证明1％Cu2+掺杂能有效地提高LihCu了FeP04／C复合正极材料的电导率和锂离子扩散系数。室温下，lC倍率的放电比容量为150．3mAh·g’’，1OC倍率的放电比容量为108．7mAh·g一，以1C倍率放电，循环100次后容量保持率为97％，表现出非常好的倍率放电性能和循环性能。材料同样具有很好

5、的低温性能，．30℃下的放电比容量达到97mAh·g～。关键词：Li3P04；水热法：LiFeP04；改性PreparationandModificationofCathodeMaterialLiFeP04forLithium—IonBatteriesAbstractLithjHmirodphosphateshaveattracted】otofinterestsasstoragecathodematerialsforrechargeablelithiumionbatteriesbecauseofitshighenergydensit

6、y，lowrawmaterialsCOSt，non—toxicityandhighsafety．PureLiFeP04hasbeenpreparedbyhydrothermalreactionfromself-preparedLi3P04withFeS04·7H20．CathodematerialLiFeP04suitedtObedischargedathigh—ratecurrentdensityinlithiumionbatterieswasobtainedthroughmodificationwithcarbon-coatin

7、gandCu”-doping．Mainpointsweresummarizedasfollows：Uniform-sizedLiFeP04particleshavebeenpreparedbyhydrothermalreactionfromself-preparedLi3P04．Theinfluenceofhydrothermaltemperatureonthephysicochemicalpropertiesandelectrochemicalpropertiesofthecathodematerialshasbeenstudie

8、d．Thereactionmechanismofhydrothermalreactionhasbeendiscussedbyhomogeneousnucleationtheory．Theresultsshowthatincreasin