稀土离子掺杂lifepolt4gtc正极材料的合成及其电化学性能的研究

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1、硕上学位论文摘要由于LiFeP04具有原料资源丰富、价格便宜、对环境无毒、热稳定性好、理论容量较高(170mAh／g)以及循环性能优良等优点，使其成为具有开发和应用潜力的新一代锂离子电池正极材料。但LiFeP04的电子电导率低、锂离子在LiFeP04微晶内的扩散系数小，从而制约了其在充、放电过程中的充、放电容量和倍率性能。为此人们采用在合成“FeP04的原料中添加碳和掺杂金属离子等方法来改善其电化学性能。添加碳能防止Fe2+在合成过程中被氧化，阻止LiFeP04在结晶过程中微晶长得过大，同时能提高LiFeP04

2、微晶在电极中的电子导电率。掺杂金属离子能通过改变电极活性材料中微晶的晶胞参数和晶胞体积从而提高微晶内的电子电导率和Li+扩散系数。采用固相混合法合成了稀土离子掺杂LiFeP04／C复合材料。研究了掺杂离子的种类(R=La3+、Nd”、Y3+)、掺杂离子的量以及加碳碳源的种类(乙炔黑、葡萄糖、蔗糖和酚醛树脂)和加碳量对复合材料的晶体结构和电化学性能的影响，对稀土离子掺杂LiFeP04／C复合材料的化学组成进行了优选。XRD测试表明：掺杂后的各种复合材料仍保留了橄榄石晶体结构，但晶胞参数和晶胞体积都有所增大。恒电流

3、充放电测试表明：掺杂金属离子和加碳均有效地提高了LiFeP04的电化学性能。其中当掺杂的Y原子数目／(Y原子数目+Li原子数目)=1％时，用酚醛树脂作碳源，加碳理论质量分数为5％时所得的复合材料其充、放电性能较好，在0．1C倍率下，第三循环的放电容量为142．09mAh／g，充、放电效率达99．02％。在0．5C和lC倍率下，试样的放电容量仍有133．38mAh／g、116．92mAh／g。掺杂过多的Y3+可能阻碍锂离子在微晶内的扩散，导致充、放电容量下降。在上述三种碳源中，以添加酚醛树脂的效果较好。关键词：锂

4、离子电池；正极材料；LiFeP04；掺杂稀土离子和加碳；复合材料n稀土离了掺杂LiFePOdC正极材料的合成及Je【Il化学性能的研究AbstractOwingtotheadvantagesofabundantrawmaterialresources，cheapprice，goodthermalstability,nontoxicity,goodthermalstability,hightheoreticalcapacity(170mAh／g)andgoodcyclicperformance，LiFeP04ha

5、sbecomeanewkindoflithiumionbatterycathodesofgreatdevelopmentalandapplicablepotential．However,theelectronicconductivityofLiFeP04iStoolOW,andtheionicdiffusioncoefficientofLi-ionsinthemicrocrystallitesistoosmall，thereforeitscapacitiesandtheratecapabilitiesinthe

6、charge—dischargeprocessarelimited．Addingcarbon，dopingwithmetalionswereadoptedbymanyresearchersinordertoimproveitselectrochemicalperformances．AddingcarboncanavoidtheoxidationofFe2+inthesyntheticprocess，preventthemicrocrystallitesofLiFeP04fromovergrowingandinc

7、reasingtheelectronicconductivitiesintheelectrode．Dopingwithmetalionscanchangethelatticeconstantsandvolumeoftheunitcell，whichcanimprovetheelectronicconductivityandtheionicdiffusioncoefflcientofLi．ioninthemicrocrystallites．LiFeP04／Ccompositesdopedwithrareearth

8、ionsweresynthesizedbysolid．statemixingprocess．Theinfluencesofthekindsandthecontentoftherareearthions(R=La3+，Nd3+，Y3+)，thekindsandthecontentofaddingcarbonsources(acetyleneblack，glucose，sucroseand