多孔LiFePO4锂电池正极材料制备及电化学性能研究.pdf

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1、第48卷第5期华中师范大学学报(自然科学版)Vo1．48No．52014年1O月JOURNAIOFHUAZHONGNORMALUNIVERSITY(Nat．Sci．)Oct．2014文章编号：1000—1190(2014)05—0703—08多孔LiFePO4锂电池正极材料制备及电化学性能研究华丽，赵迪，戴伟，戴月，黄青，段连生(1．湖北第二师范学院化学与生命科学学院，武汉430205；2．华中科技大学材料科学与工程学院，武汉4300743．华中科技大学机械科学与工程学院，武汉430074)摘要：聚苯乙烯微球(PST)作模板成功地制备出了三维(3D)多孔LiFePO锂电池正极材料，并与传统固相

2、法制备的LiFePO比较，分析形貌、性能差异．结果显示，固相法合成的LiFePOr近似呈球形，颗粒大小不均，平均粒径约80~220nl?gt．而模板法合成产物具有3D多孔结构，L径较为均匀．BET测试显示，3D多孔LiFePO4比表面积较大，为11．2398／g，单孑L体积为0．034cm3／g，而固相法合成产物比表面积为2．0032m。／g，单孔体积为0．006em。／g．因此，3D多孑LLiFePO为锂电池中锂离子嵌入和脱出提供便利通道．电化学性能显示，两种方法在3．3～3．5V电压区间有一个较好充电和放电平台，固相法最大充放电比容量为6O～70mAh·g，而模板法合成的多孔材料其稳定性较

3、好，充放电比容量基本稳定在170mAh·g左右．电化学阻抗谱(EIS)分析，多孔的IiFePO4材料其欧姆接触电阻(R)、电化学反应的电荷转移电阻(R)和半无限边界条件下的扩散阻抗(w)较之固相法合成IiFePO材料均小，3D多孔结构有利于减少因阻抗引起的电池容量的损耗，增强电池的稳定性，提高可逆比容量．关键词：三维(3D)多孔；LiFePO正极材料；锂电池；电化学性能中图分类号：0614文献标识码：A白1970年以来，锂离子电池作为新兴的小型为锂电池的正、负极材料已经取得了许多成效．如储能装置被广泛应用j．而磷酸亚铁锂(LiFePO)Wool9等人采用聚苯乙烯微球(PST)成功制备出以低成本

4、和高安全性赢得大家的瞩目[2]．但其直接3DOM多孔IJTiO锂电池负极材料，并明显提高作为正极材料，理论容量约为170mAh／g，电导率其可逆比容量和循环稳定性．Dimessol1。。等人采用只有10S／cm_3J，倍率性能较差．因此为了改善泡沫碳作为模板合成出多孔IiCoPO材料，并揭示其性能，文献[4采用包覆碳、掺杂金属离子等办了其作为锂电池正极材料电化学性能提高的机理模法．如汪朝晖采用金属离子掺杂形成LiFe型．与此同时，文献E11—12]采用模板剂(如SBA-15、M0，。5PO4粉末(M—Na，Mg，Zn，Mn，Ni，Al，KIT一6)成功制备出金属氧化物TiOz、~-MnO。，并

5、表V)，作为锂电池正极材料可以提高电导率，但会使明3D多孔结构能明显提高其作为锂离子电池的电其比容量和体积密度降低]．郑会元研究了碳包化学性能．文献[13一lS]报道3D多孔结构材料作为覆IiFePO材料，发现包覆碳过多会使比能量降锂离子电池的电极材料具有许多优势：(1)多孔或大低．因此，为了达到工业应用要求，关键在于设计特孔网状或海绵状结构，为锂离子或电子传输提供了殊的空间结构，使其能够克服现有方法制备的材料快速通道，可以实现锂离子数十纳米级的固相传输存在的问题，且有利于提高其电导率和稳定性，消距离．(2)多孔结构具有较高的比表面积，从而保证除多次循环后比容量衰减快等瓶颈，这对于其工业有较大

6、的电荷转移反应活性表面．(3)3D多孔结构应用具有较大意义．可以减轻循环过程中因体积膨胀引起的材料本身结将IiFePO材料设计成三维(3D)多孔结构是构的破坏，保证了电池的循环寿命，提高电极材料大对上述问题很好的解决方法，设计3D多孑L电极作电流放电的性能．(4)3D结构纳米电池材料，可以提收稿日期：2O14—02—12．基金项目：湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队建设计划项目(T201225)；《植物抗癌活性物质提纯与应用》湖北省重点实验室项目；湖北第二师范学院优秀科研教师团队建设计划项目(2012K203)；湖北第二师范学院化学重点学科建设计划项目(2013XZXK05)．*Email：

7、txuehua@163．corn．704华中师范大学学报(自然科学版)第48卷高单位面积储能能力和充放电比容量．(5)若采用有和160g无水乙醇混合搅拌直至溶解．若仍不溶解，机高分子微球作为模板剂，在热处理后模板剂残留可放入恒温水浴箱中适当加热直至溶解．称取0．5g的碳可以增强导电性，且它作为骨架与连通的微孔AIBN，溶于55g苯乙烯．将上述两种溶液倒入三口结构保证材料有较高的电子导电性．反应瓶中