论文部分内容阅读
橄榄石结构正极材料LiFePO4因其具有充放电电压高、循环性好、原料价格低廉、环境友好和安全性能优良，从而被看为最有希望和应用前景的热门锂离子电池正极材料。但是，LiFePO4正极材料因本身的电导率较低问题，其可逆容量性能和大倍率充放电性能差。近些年来，科研工作者尝试通过控制材料颗粒粒径、碳包覆、添加导电高分子、掺杂金属阳离子和卤素离子等途径来改进LiFePO4的性能，并取得了很好的成果。本论文采用固相烧结法制备LiFePO4/C正极材料，系统研究工艺路线的合成，并在此基础上研究了低价与高价金属阳离子掺杂。实验分别使用TG-DTA分析材料热稳定性；采用XRD、SEM、拉曼光谱表征掺杂材料的结构与形貌，利用恒流充放电测试、循环伏安法（CV）、阻抗分析法（EIS）检测材料的电化学性能，系统研究金属离子掺杂机制。研究表明： Li量为1.02%时，制备材料结构规整，没有杂峰。随锂量的增加开始产生少许杂峰。1.02%锂量样品在0.2C时放电比容量达到134.9mAh/g。Na掺杂基础上，发现两步工艺相对一步工艺，具有更好的结晶性和较小的粒径尺寸。掺杂Na-3%样品结晶度最为规整，在0.2C倍率下首次放电比容量达到127.7mAh/g。相对未掺杂样品。Na掺杂有促进材料粒径减小、结构趋向规整的作用。V掺杂样品也能改善LiFePO4的电化学性能。掺杂7%V样品有最高的充放电比容量和最佳的的循环倍率性能，首次放电比容量为139.4mAh/g。V样品掺杂的充放电平台较差，不够平直稳定。比较了Na/V混掺、共掺两种方式。其中混掺样品Na/V比为1：4时首次充放电比容量最高，达135.2mAh/g。但同时，循环稳定性最差，50次循环后，仅为首次比容量的86.5%。共掺3%样品性能优异，初始放电比容量达到146.0mAh/g，5C大电流下达到95.3mAh/g。混掺基本上还是两种金属作用，共掺同为作用，有一定的互相影响。工艺改进碳包覆，发现对共掺样品存在较大影响，其他掺杂均有很好的倍率性能。