锂离子电池正极材料LiFePO 4 的合成及电化学性能

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1、1864功能材料2004年增刊（35）卷锂离子电池正极材料LiFePO4的合成及电化学性能∗唐义会，曹传宝，文捷，翟华章，朱鹤孙(北京理工大学材料科学研究中心，北京100081)+摘要：固相反应法合成了新型锂离子电池正极材料（相对于Li/Li）的平台在LiFePO4和FePO4之间脱LiFePO4，组装成电池后，室温下(23℃)初始比容量为嵌和嵌入以来，LiFePO4作为锂离子电池正极材料已[7~9]110mAh/g。以蔗糖分解在LiFePO4电池材料的颗粒间引起了国外研究者们的关注，但在国内鲜见报道。覆碳的方法制备了改性的LiFePO4，对LiFe

2、PO4进行本文采用固相反应法合成LiFePO4，并进行电化学性表面覆碳改性后其电化学性能包括比容量和充放电能测试。由于LiFePO4本身是电子的不良导体，本实效率两方面都得到提高。覆碳后正极材料的初始比容验中用表面覆碳法对其进行表面改性，同时比较它们量在室温下达到了140mAh/g，比覆碳前增加了在室温和高温下的电化学性能。30mAh/g，在循环20周后比容量仍维持在125mAh/g2实验左右；覆碳后正极材料的平均充放电效率在23℃和50℃下分别为91%和93%。2.1LiFePO4和LiFePO4/C的制备与表征关健词：LiFePO4；锂离子电池；

3、正极材料以Li2CO3，、FeC2O4·2H2O和(NH4)2HPO4为前驱中图分类号：O611.4；TM911；TM912.9物按化学计量比混合，采用固相反应法合成LiFePO4。文献标识码：A反应分二步进行：文章编号：1001-9731（2004）增刊-1864-03第一步，预分解前驱物：前驱物经研磨或加分散1引言剂超声分散后在350℃反应6h后随炉冷却得到中间产物；正极材料是锂离子电池发展中的薄弱环节，是制第二步，高温反应过程：将中间产物研磨、压片，约锂离子电池工业化发展的主要障碍。人们对在675℃反应12h，随炉冷却得到LiFePO4。为防止

4、[1][2][3,4]LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等锂离子电池正极二价铁的氧化，以上反应均在纯净的氮气流中进行。材料进行了大量研究。尽管LiCoO2是目前商用锂离在前驱物中加入适量的蔗糖作为碳源,采用与合子电池普遍采用的正极材料，但是它资源有限而且有成LiFePO4相同的步骤即可获得表面覆碳的毒；LiNiO2虽然性能良好，但制备具有电化学活性的LiFePO4(下面简写成LiFePO4/C)。锂镍氧化物十分困难；LiMn2O4在常温下具有较高的将所得样品进行X-ray衍射分析。测试仪器为比容量和良好的循环性，但其高温下容量衰减过快的Rig

5、akuD/max-2400型X射线衍射仪。缺陷使得其应用受到了很大限制。人们从减小环境污2.2电池的装配与测试染、降低成本、提高电化学性能等多方面考虑，在不以制备的LiFePO4或LiFePO4/C为正极活性物断的研发新型的正极材料。质，以聚四氟乙烯（PTFE）为粘结剂，炭黑为导电LiFePO4在自然界中以磷铁锂矿的形式存在，具剂，按质量比73:21:6做成正极片；以锂片为负极，有规则橄榄石正交结构(空间群为Pnma)，是一种很有隔膜为Celgard®2325，电解液为1mol/LLiPF6(溶剂前途的新型锂离子电池的正极材料。该材料有相对较组成：D

6、MC:EC按重量比为1:1)，电池的组装在充满大的理论容量（170mAh/g），具有成本低廉、无毒、氩气的手套箱内完成。无污染的优点。LiFePO4在完全充满状态下仍有很好电池在力兴PCBT-138-8D-A型电池程控测试仪[5]的热稳定性和低吸湿性，这使得它易于操作、处理。上采用恒流－恒压方式进行容量及循环性能的测试。[6]自从Padhi等人发现0.6摩尔单元的锂可以在3.5V进行循环伏安测试时采用三电极电池，对电极和参比收稿日期：2004-03-26通讯作者：曹传宝作者简介：唐义会（1978－），男，安徽安庆人，在读硕士，师承曹传宝教授从事锂离子

7、电池相关材料的研究。唐义会等：锂离子电池正极材料LiFePO4的合成及电化学性能1865电极均为锂片，测试在CHI660A(CHInstrument,USA)形略有变尖的趋势而且峰电流密度较未覆碳前(图2，型电化学工作站上进行。b)增加了约10mA/g，这种现象可以说明覆碳后正极的[12]反应动力学得到了改善。3结果与讨论3.1XRD分析仅经研磨未加分散剂超声分散的前驱物反应所得产物的XRD图谱(图1，a)表明所得的LiFePO4[10]样品中有Fe2O3杂质相存在。根据Yamada等的报道，前驱体的均一性对合成纯净的LiFePO4起决定性作用，如果

8、前驱体混合不均匀所得产物就会有大量3＋Fe化合物杂质存在。为获得纯净的LiFePO4必需让[11,12]图2