【摘 要】
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在能源危机和电子设备高速发展的今天,锂离子电池作为一种能量密度大、安全便宜的能量存储装置开始成为人们研究的热点。其中LiFePO_4以其稳定性良好、原料成本低和环境友好等优点在大容量动力锂离子电池领域广受关注,被认为是最具潜力的锂离子电池正极材料之一,但其较低的本征电导率和锂离子扩散系数限制了其进一步的发展与应用。因此,本文以制备出具有高性能的LiFePO_4为目标,采用表面活性剂辅助溶剂热合成L
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在能源危机和电子设备高速发展的今天,锂离子电池作为一种能量密度大、安全便宜的能量存储装置开始成为人们研究的热点。其中LiFePO4以其稳定性良好、原料成本低和环境友好等优点在大容量动力锂离子电池领域广受关注,被认为是最具潜力的锂离子电池正极材料之一,但其较低的本征电导率和锂离子扩散系数限制了其进一步的发展与应用。因此,本文以制备出具有高性能的LiFePO4为目标,采用表面活性剂辅助溶剂热合成LiFePO4,通过添加不同的表面活性剂对其颗粒尺寸进行优化,分别通过碳复合和Mn掺杂对其电导率进行改善,得到了电化学性能较好的LiFePO4复合材料。同时利用XRD、SEM、EDS和IR等多种电化学测试方法并结合交流阻抗测试、循环伏安测试和恒流充放电处理等分析技术,对材料的电化学性能及改性机理进行了表征与分析,完成了以下工作:(1)通过不同表面活性剂辅助溶剂热法合成了LiFePO4锂离子电池正极材料,研究了不同表面活性剂PEG、PVP和CTAB对LiFePO4的形貌尺寸和电化学性能的影响。实验结果表明,在表面活性剂PEG的辅助下,颗粒明显减小且粒径分布更加均匀,初始放电比容量提升至122.80 m Ah/g;在表面活性剂PVP的辅助下,颗粒尺寸有所增大但表面出现许多孔隙;而以表面活性剂CTAB辅助合成时,颗粒由菱形板状转变为自组装花状结构。以CTAB和PVP辅助合成的LiFePO4初始放电比容量虽有所降低,但其容量保持率均有明显提升。(2)通过简单的溶剂热法制备出LiFePO4正极材料,以葡萄糖(C6H12O6)为碳源,经过热处理对其进行了碳复合改性,研究了不同碳含量的改性效果。结果表明,适量的碳复合可以改善材料的电导率,但过量的碳复合会使材料发生团聚,减小活性物质的利用率,降低材料的初始放电比容量。当碳的复合量相对于LiFePO4为4%时,所制备材料的电化学性能最佳,在0.1 C下的首次放电比容量为121.58 m Ah/g,容量保持率为90.03%。(3)通过溶剂热法对LiFePO4正极材料进行Mn掺杂改性,探究了不同Mn掺量对LiFePO4电化学性能的影响。随着Mn掺量的增加,材料的初始放电比容量逐渐增加,但容量保持率却呈现出先增加后减小的趋势。结果表明,适量的Mn掺杂可以提高LiFePO4的初始放电比容量,但当掺杂量过多时,会对材料的循环稳定性造成不良影响。当铁锰比为0.9:0.1,材料的整体改性效果最佳,其首次放电比容量为139.54 m Ah/g,容量保持率为79.82%。
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