改性硅酸亚铁锂和磷酸亚铁锂正极材料的制备及电化学性能

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1、摘要中文摘要锂离子电池已广泛的应用于各类便携式电子产品，也将应用于电动汽车和混合电动汽车。正极材料决定着锂离子电池的性价比。其中，聚阴离子型正极材料—硅酸亚铁锂和磷酸亚铁锂具有价格低廉、环境友好、循环性能优良、安全性好等优点，成为最具潜力的新一代锂离子电池正极材料。本文研究了掺杂Li：zFeSiO以：和掺杂UFep0‘／C正极材料的合成条件对样品结构及电化学性能的影响。制备掺杂LiffeSiO,,／C正极材料时，采用水解法分别对U2FeSi04／C的理论铁位、氧位进行了单一离子掺杂和阴阳离子共同掺杂；制备掺杂LiFePO-／C正极材料时，采用固相烧结

2、法对L心ePO√C的理论铁位进行了掺杂。采用X射线衍射分析、充放电循环实验、循环伏安实验、交流阻抗谱、红外光谱、紫外漫反射光谱、扫描电镜等现代实验方法对样品进行了仔细的研究。本论文的研究工作主要包括以下内容：(1)采用优选的水解法制各了单斜(空间群P2l／∞n2舾FeSiO口x／C(x．=0，0．01，0．02，0．03，o．04)样品。理论组成为t,i2．05FeSi04Fo．02／C的样品在温度30℃、倍率电流为O．3C时，该样品第1循环和第30循环的放电容量分别为91．9mAh·g-1和87．4mall‘g-1；在55℃下，分别以0．3C、1C

3、、2C倍率电流进行充放电时，该样品第1循环的放电容量分别为116．7、106．5和99．2mall·g-1．(2)采用水解法制备了氟离子和锆离子共同掺杂的单斜(空间群P2l，n)Li2．osFel．2yZrySi04Fo．02／CO=0．025，0．0375，0．05)样品。发现在制备的掺杂样中均有Si02杂质相。经过400℃和600℃两步烧结的微米Li2．05Feo．952ro．025Si04Fo．02／C在掺杂样中具有最好的电化学性能，在55℃下分别以0-3C、1C、2C、5C倍率电流充放电时，第1循环的放电容量分别为160．3、111．5、99

4、．2和86．5mAh·g-1。首次发现，氟·锆共同掺杂降低了硅酸亚铁锂的能隙。(3)对磷酸亚铁锂的理论铁位和锂位分别掺铌，制备的亚微米尺寸的掺铌磷酸亚铁锂样品仍然具有橄榄石结构(P衄唿空间群)。理论组成LiLosFeo．98Nbo．02P04／C的样品分别以1C、2C和5C倍率电流充放电时，第l循环的放电容量分别为120．5mall·g-1、116．5mAh·g-1和103．3mAh．g-1，循环性能较好。掺杂后，样品的能隙降低，电导率得到提高。福建师范大学硕士学位论文(4)对磷酸亚铁锂的理论铁位和锂位分别掺钪，制备的亚微米掺Sc3+样具有橄榄石结构

5、口衄a空间确。理论组成为Lil．05F％鲥s龟01Po#c的优选样品分别以2C、5C、10C和20C倍率电流充放电时，第1循环的放电容量分别为116．2、107．4、85．8和69．1mAh·g-1。掺杂样品的能隙由未掺杂样的3．07eIv降为2．89eV·关键词：锂离子电池，磷酸亚铁锂，硅酸亚铁锂，掺杂ⅡAbstractLithium-ionbatterieshavebeenwidelyusedinvariousportableelectronicproducts，andwillbeusedinelectricvehiclesandhybridel

6、ectricvehicle．Thecathodematerialdeterminestheperformance—priceratioofthelithium-ionbatteries．Thepolyanion-typecathodematerials，Li2FeSi04andLi_FeP04，arethemostpromisingcathodematerialsforrechargeablelithium-ionbatteriesduetotheircheap，environmentallybenign,cyclingperformanceandg

7、oodthermalstability．Inthisdissertation,seriesofdopedLi2FeSi04andLiFeP04materialsWeresynthesizedbydifferentsinteringmethod．Amongthem,differentkindsoftheLi2FeSiOdCwerepreparedbydoping矿toreplacepartlyFe2+，orFto02。，orco-dopingFandZr4+toreplacepartly02‘andFe2+inthestructRre．Thediffe

8、rentkindsoftheLiFePOdCwerepreparedbydopingNb5+orS矿tore