水热合成锂离子电池正极材料lifepolt4gt的改性研究

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1、浙江大学硕十学位论文水热合成锂离子电池正极材料LiFePO。的改性研究摘要橄榄石型LiFeP04具有安全性能突出、价格低廉、绿色环保、循环性能优良等优点，成为目前最具应用潜力的新一代锂离子电池用正极材料，在电动工具和电动车辆所用的动力电池中具有广泛的应用前景和充分的竞争优势。包覆导电物质和掺杂合金元素是进一步提高LiFeP04电化学性能的主要手段。本文采用水热合成法制备了掺杂稀土元素和过渡金属的LiFeP04，研究了掺杂元素对提高“FeP04正极材料导电率的作用；并采用不同碳的前驱体和不同合成条件研究了碳包覆对提高LiFeP04电化学性能的影响。最

2、后探索了在材料中植入纳米碳管和加入金属导电单质等方法对提高LiFeP04电化学性能的可能性。本文采用FeS04、H3P04、“OH和稀土盐等无机化合物原料，通过水热法合成了不含碳的Li(RE，Fe)P04(RE=La、Ce、Nd)正极材料，由此去除碳包覆的影响，揭示掺杂对LiFeP04的改性作用。XI①和FESEM结果显示所得产物具有规整的橄榄石型结构和均一的微观形貌，颗粒尺寸在50～100m范围。结果表明：掺杂后LiFeP04正极材料的电导率可提高l～3个数量级，首次充放电容量提高2～5倍，其中以Nd掺杂效果最为明显。这是因为Nd更易掺入LiFe

3、P04晶格中，使施主掺杂效果更明显，有助于提高载流子浓度和材料电导率，改善材料的电化学性能。当Nd元素在LiFeP04材料中的掺杂量为1．5m01％时，首次充放电曲线和循环容量图所表现出来的电化学性能最优。用水热法对LiFeP04中的Fe原子位进行过渡金属掺杂，合成了Li(M，Fe)P04(M=Mn，Co，Ni)及相应的高温碳包覆复合材料。结果显示：掺杂过渡金属可以提高LiFeP04材料的电导率，在充放电过程中提高Fe”／Fe2+电对的氧化还原动力学性能，减小极化，进而改善材料的电化学性能，大幅度提高材料的比容量。其中以Mn和Ni掺杂的容量提高得比

4、较明显。比较葡萄糖和聚丙烯做碳源包覆效果。在一定的温度范围(600oC～700oC)内聚丙烯的包覆效果要明显优于葡萄糖，这可能与聚丙烯分解碳的石墨化程度高有关。当聚丙烯作碳源时，LiFeP04的最佳包覆温度是6000C；当葡萄糖作碳源时，“FeP04的最佳包覆温度稍高是650oC。但高温(750oC)时聚丙烯碳包覆产物的电化学性能急剧恶化。推断是因为高温时聚丙烯分解物中过量的H因为还原作用将P04根还原成焦磷酸根，导致LiFeP04正极材料脱嵌锂失效。在对水热法合成LiFeP04／CNT复合材料的研究中发现，纳米碳管在LiFeP04颗粒之间可起到导

5、电网络的作用，有助于提高电子导电率，减小充放电过程中的极化。利用银镜反应制备得到的LiFeP04／Ag复合正极材料，在一定程度上可以改善电池材料的电子浙江人学硕士学位论文水热合成锂离子电池正极材料LiFePO。的改性研究导电能力，但由于Ag在材料中存在的形态和可能存在的化学反应，使LiFeP04／Ag作为一种锂离子电池正极材料不够稳定，有待继续研究。关键词：锂离子电池；磷酸铁锂；水热合成；掺杂；电导率；电化学性能；改性工艺浙江大学硕士学位论文水热合成锂离予电池正极材料LiFeP0。的改性研究AbStraCtOliViIle-stmcmredLiFe

6、P04isgainingpaniculariIlterest嬲apotentialcandi眦ecathodematerialforrecha略eablelithiuln—ionbatteries丘．0mbothecono血caIldenViromentalpointsofView．IIltheindustrialapplications，itshowsmoreadvaIltagesandpotentialespeciallyaSthed)，Ilanlicbatteryin“electricpowert001sa11dcars”．Therearet

7、wowaysincludingcoatinganddopingtoimproVetheelec仃ochernjcalpe而珊姗ceofLiFeP04．111thisp印er，“FeP04dopedwithrare-ea劬a11dtrallsitionelementshaVebeens)，IltllesizedbymesolVothemalmethod，andtheeff．ectofdi舵rentca而onsourcesa11dcoatingtemperatureshasbeenstudiedonelectrochemicalpe而册ance．Oth

8、erwaysofmodificationincludingintroducingmeCNTandAghaVebeenals