浅谈lifepo,4正极材料合成与电化学性能的研究

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1、天津大学硕士学位论文LiFePO<,4>正极材料合成与电化学性能的研究姓名：滕国鹏申请学位级别：硕士专业：应用化学指导教师：唐致远20070501摘要橄榄石型LiFeP04是一种新型的锂离子电池正极材料，具有能量密度高、成本低、环保和安全等一系列优点，有望成为商业化动力锂离子电池的正极材料。本文分别利用常规二次煅烧高温固相法和溶胶．凝胶法，合成了碳掺杂和金属离子掺杂的改性材料。研究了合成方法、掺杂方式、掺杂量以及后续研磨等对材料性能的影响。通过EIS对金属离子掺杂材料在放电过程中的Li+扩散系数进行了估算。比较、联系TLi+扩散系数对材料平台性能的影响。研究

2、表明，溶胶．凝胶法合成材料具有较高的纯度，而高温固相法合成材料随改性方法的不同而具有不同的杂质；同时，溶胶一凝胶法合成材料具有较小的粒径。当进行M孑+掺杂时，按Fe(M2)位占据进行原料配比合成的材料具有较大的晶胞参数和较优性能，两者放电比容量相差在lOmAhgq(O．1C)以上。高温固相法最佳掺碳量为lOwt．％，溶胶．凝胶法稍低为6wt．％。前者掺碳效果较好，容量提高至136．4mAhg-i(0．1C)，50。C大电流放电比容量达到130．9mAhg。(0．5C)。Cu2+最佳掺入量为较小的0．02，此时材料具有较大的晶格系数和放电质量比容量(118．5

3、mAhg-1，0．1C)。两种合成方法下，碳掺杂具有比较明显的改性作用。Li+扩散系数估算值在．10数量级左右，随放电过程的进行逐渐降低。当IgDLi<10．4时，放电平台开始斜度变大。由于DLi的作用，金属离子掺杂材料较碳掺杂材料的平台性能要好，虽然碳掺杂材料具有较高的质量比容量。关键词：锂离子电池正极材料LiFeP04Li+扩散系数ABSTRACTOliveLiFeP04isapromisingcathodematerialoflithium—ionbattery,especiallytotheLIBusedforEVsandHEVs，duetoitsr

4、elativelylargetheoreticalcapacity,lowcost，environmentalfriendlinessandsafety．Inthiswork,carboncoatedandcationdopedLiFeP04havebeensynthesizedbysolid-state(two-stepannealing)andsol—gelmethods．Influenceofsynthesismethods，carboncoated,cationdoped,andgroundfollowedwasinvestigated．TheLi+

5、diffusioncoefficientofdopedLiFeP04atdifferentdischargestatesWasestimatedandanalyzed．FineLiFeP04wereobtainedwithoutpuritybysol-gelprocess．However,threekindsofpurities，varyingwithcarboncoatedand／orcationdoped,werefoundtobemixedwithLiFeP04solidstatesynthesized．Cellparametersandperform

6、anceofMg—dopedLiFeP04synthesizedfromrawmaterialswithstoichiometricamountsinLiFeo．98Mgo．02P04andLi0．98Mgo．02FeP04werecompared．andthelatterexhibitedbetterelectrochemicalperformancewithlargercellparameters．Differencebetweenthemwasover10mAhg-1(O．1C)．CarboncoatedLiFeP04withlOwt．％carbonb

7、ysolidstatemethodandlower6wt．％carbonbysol—gelprocessexhibitedthebestelectrochemicalperformance．Specificcapacityinthedischargeoftheformerwas136．4mAhg-1(0．1C)atroomtemperatureand130．9mAhg-1(0．5C)at50"C．LiFe0．9sM90．02P04alsodeliveredlargerspecificcapacityof18．5mAhg叫atO．1Cwithlargercel

8、lparametersamongCu-dopedma