锂离子电池正极材料lifepolt4gt的制备及掺杂改性研究

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1、浙江大学硕士学位论文锂离子电池正极材料LiFeP04的制备及掺杂改性研究摘要橄榄石型LiFeP04正极材料因其循环性能好，安全，环保，原料来源丰富、价格低廉，被认为是一种极具应用潜力的动力型锂离子电池正极材料，可广泛用于电动汽车等领域。但是LiFeP04材料因其低的电子电导率和锂离子迁移速度，严重影响其高倍率性能，阻碍了它的商业化应用进程。本文在产业化条件下以合成高性能LiFeP04／C正极材料为目标，采用高温固相法，设计了三种不同制备工艺，利用恒流充放电、循环伏安和交流阻抗测试，结合XI①，TEM，SE

2、M等分析手段，对所制备LiFeP04／C正极材料的结构和电化学性能进行比较；同时探讨了阴离子F掺杂以及F、Nb双掺对LiFeP04／C正极材料电化学性能的影响。以FeP04为铁源，聚丙烯作还原剂和碳包覆源，两步高温固相法合成LiFeP04／C正极材料。将“OH，FeP04球磨20h，在每摩尔目标产物的原料中添加409聚丙烯，500。C焙烧2h，7000C焙烧10h，此为最佳合成工艺。合成的LiFeP04／C颗粒细小，分布均匀，尺寸分布在100～300m范围内，放电容量高，在O．5C、1C和2C倍率下，首次

3、放电容量分别达到134mAh／g、127m蛐儋和116mAh／g，1C连续充放电循环lOO次容量无衰减，同时合成的LiFeP04／C正极材料具有较低的碳含量(3．47叭．％)，有利于提高材料的振实密度。利用上述最佳工艺分别在井式炉和管式炉中合成LiFeP04／C正极材料，研究了合成环境对LiFeP04／C电化学性能的影响，发现管式炉烧结产物各倍率首次放电容量均高于井式炉烧结产物，但是在中低倍率(O．5C，lC)充放电下，两者相差不大(小于5m址／g)，在高倍率(2C)充放电下，两者相差明显(大于10m址／

4、g)。井式炉烧结的LiFeP04／C正极材料具有更好的循环稳定性，1C充放电100次循环后，井式炉烧结的LiFeP04／C达到初始容量的100．1％，高于管式炉烧结LiFeP04／C的98．4％。合成LiFeP04吖彤C忙=0，0．Ol，O．02，O．03，O．04)，“o．99Nbo．olFePO状：，Lio．991妯o．oIFeP03．98Fo．02／C正极材料，分别讨论了F单掺以及F、套m双掺对LiFeP04／C正极材料性能的影响。研究表明，所有合成产物均具有完整的橄榄石型结构，粉末颗粒细小，分布均

5、匀，尺寸分布在50~200Ilm范围内，碳包覆于颗粒表面并连通颗粒之间。对LiFeP04《FI／C(x=o，O．01，O．02，0．03，O．04)正极材料的电化学性能进行对比研究发现，F掺杂提高了材料倍率放电性能，有效降低材料电极的极化，使材料具有更好的电化学可逆性和结构稳定性。当F掺杂量x=O．02时，材料具有最高的电化学容量和最小的电化学阻抗。LiFeP03．98Fo．02／C的1C、2C、3C首次放电容量分别达到146m触垤、137n眦、122删g，均比未掺F的LiFePO轵：提高20111灿／g

6、左右，1C充放电循环55次后容量达到初始容量的99．3％。浙江大学硕士学位论文锂离子电池正极材料LiFeP04的制各及掺杂改性研究对LiFeP04／C，LiFeP03．98Fo．02／C，Lio．99Nbo．olFeP04／C，Lio．99Nbo．olFeP03．98Fo．02／C正极材料的电化学性能进行对比研究发现，相比于不掺杂和F、Nb各自单掺LiFeP04／C正极材料，F、Nb双掺正极材料在各项电化学测试中均表现出最优的性能。“o．99Nbo．01FeP03．98Fo．02／C在0．5C、lC和2C

7、倍率下，首次放电容量分别达到158m舢吨、l54m灿儋和148m址／g；循环伏安和交流阻抗测试表明，“o．99N胁oIolFeP03．98Fo．02／C具有最低的电化学极化作用和最低的电化学阻抗；循环测试表明，Lio．99卜mo．olFeP03．98Fo．02／c具有最佳的循环性能，2C充放电循环100次后容量达到初始容量的99．1％。关键词：锂离子电池；复合正极材料；磷酸铁锂；固相合成；原位碳包覆；电化学性能浙江大学硕士学位论文锂离子电池正极材料LiFeP04的制备及掺杂改性研究AbStraCtOliV

8、iIles仃uctu

9、．edliⅡliumironphosphate，LiFeP04，isoneofmemostpro血singcathodematerialsforpowerlithi啪ionbatteriesusedinpowertoolsorbatte巧elec仃icvelliclesduetoitslongcycliIlglife，11i曲saRy，eIⅣirollrllentalbenignity，嬲well嬲low