固液相法制备lifepo,4正极材料及其电化学性能研究

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1、上海交通大学硕士学位论文固液相法制备LiFePO<,4>正极材料及其电化学性能研究姓名：王延强申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：杨军20070101固液相法制备LiFePO4正极材料及其电化学性能研究摘要橄榄石型LiFePO4因其价廉、无毒、环境友好、安全性高等优点被认为是有望取代昂贵、有毒的LiCoO2成为最具开发和应用潜力的新一代锂离子电池正极材料。但低的电子导电率和离子扩散速率限制着LiFePO4的大电流充放电性能，制约着LiFePO4的实际应用，同时规模化制备工艺也是制约LiFePO4工业化的一个因素。本文分别以亚硫酸铵、乙二醇为还原剂，三价铁源FePO4为原料，通过固液相

2、反应成功制备了LiFePO4/C，并对其进行了物理表征和电化学性能测试。以亚硫酸铵为还原剂制备LiFePO4，通过工艺优化确定了最佳的工艺条件；通过XRD、SEM、TEM分析表明合成的材料具有完好的橄榄石结构，颗粒粒径范围100-300nm，颗粒由碳部分包覆；通过交流阻抗分析计算出了合成的LiFePO4的锂离子扩散系数数量级为-92-1~10cms。LiFePO4规整的晶体结构、良好的颗粒表面形貌和微观结构、较高的锂离子扩散系数都使得合成的材料具有较好的电化学性能。以亚硫酸铵为还原剂合成的LiFePO4/C材料1C、5C、10C倍率的-1-1-1放电容量分别为153mAhg、138mAhg

3、、122mAhg。合成的材料同样具有较好的高倍率充电性能，如果采用5C倍率恒流充电加4.2V-1恒压充电，则其5C倍率放电容量达到134mAhg。LiFePO4/C不仅具有较好的高倍率充放电性能，同时保持了较好的循环稳定性，50次I充放电循环容量未见衰减。本工艺原料成本低，热处理时间较短，经济可行，同时电化学性能优异。以乙二醇为还原剂制备LiFePO4，通过XRD、SEM分析表征，材料具有良好的晶体结构和表面形貌；通过对其进行电化学性能测试，-1表明材料具有良好的充放电性能，1C倍率放电容量为135mAhg，且循环稳定性较好。该方法具有如下优点：制备工艺路线简单，无需球磨，热处理时间较短，

4、能耗低；乙二醇既起到还原剂的作用又起到碳包覆的作用；原料以三价铁为铁源，降低了原材料成本。关键词：锂离子电池，正极材料，LiFePO4，固液相法，高倍率电化学性能IISYNTHESISOFLiFePO4CATHODEMATERIALBYSOLID-LIQUIDPHASEREACTIONANDSTUDYOFTHEELECTROCHEMICALPERFORMANCEABSTRACTOlivine-structuredLiFePO4,duetoitsadvantagessuchaslowcost,nontoxicity,environmentalfriendlinessandhighsafety

5、,isconsideredasapromisingcathodematerialforlithium-ionbatteriesinplaceofexpensiveandtoxicLiCoO2.However,thecommercializationofLiFePO4ascathodematerialforlithium-ionbatteriesislimitedbyitslowelectronicconductivityandslowlithium-iondiffusion.Inaddition,anotherproblemislarge-scalesynthesistechniquesu

6、itableforindustrialization.Inthispaper,anovelmethodwasdevelopedandLiFePO4wassynthesizedbysolid-liquidphasereactionwith(NH4)2SO3orglycolasreducingagents.Forthenovelmethodusing(NH4)2SO3asreducingagent,thesynthesisconditionswereoptimizedthroughaseriesofexperiments.TheLiFePO4preparedbythismethodexhibi

7、tsorderedolivine-typestructure,goodpowdermorphologyandmicro-structurewhichwereexaminedbyXRD,SEMandTEM.TheParticlesizedistributionis100-300nmandthediffusioncoefficientoflithium-ioninLiFePO4is-92-1~10cmswhichwascal