锂离子电池正极材料LiFePO4的掺杂包覆及电化学性能研究

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随着新能源汽车产业的快速发展和我国政策的扶持,磷酸铁锂(LiFeP04)作为一种重要的动力电池正极材料,由于其较高的安全性、结构稳定性、良好的循环性能和无毒廉价等优点引起了广泛的关注。但由于LiFePO4具有较低的电子导电率与锂离子扩散速度,其不适于大电流放电,限制了材料的发展,因此对磷酸铁锂的改性研究起到重要作用。本文主要通过水热法制备LiFePO4正极材料,并系统的研究钒元素掺杂,其掺杂量、反应温度、反应时间、添加不同表面活性剂和碳包覆等因素对材料组成、相结构、形貌以及电化学性能的影响。并通过固相法制备磷酸铁锂材料,系统的研究了热处理前后球磨和碳包覆对材料组成、相结构、形貌以及电化学性能的影响。本文采用水热法制备钒元素掺杂磷酸铁锂材料。研究发现,在制备LiVxFe1-xPO4时,当x=0.1时,在180℃反应24h能得到纯相的磷酸铁锂正极材料。对其添加不同表面活性剂发现,加入阳离子表面活性剂CTAB得到的LiFePO4材料的粒径(400~800nm)最小,且具有良好的电化学性能。最终我们对钒元素掺杂的磷酸铁锂材料进行碳包覆,材料具有最佳的电化学性能,0.1C时的放电比容量为104.8mAh/g。本文采用固相法合成过程中,以草酸亚铁为铁源,碳酸锂为锂源,葡萄糖为碳源(相对产物质量为20mass%)和磷酸二氢铵混合,经700℃烧结10h制备的LiFePOO4/C样品,XRD研究结果表明,所有合成样品的主要晶相均为橄榄石结构的LiFePO4。对样品反应前后球磨,从而减小磷酸铁锂的颗粒尺寸和增加其紧密接触度。同时,二次球磨的机械活化过程还允许原位形成碳层的磷酸铁锂粒子作为有机/聚合物复合过程中的碳源。通过球磨后磷酸铁锂材料的放电比容量可稳定维持在 112.1mAh/g(0.1C)左右。
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