新型锂离子电池正极材料lifepolt4gtc的合成与掺杂改性研究

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1、桂林5--学院硕士学位论文摘要具有橄榄石型结构的LiFeP04因其价格低廉、对环境友好、循环性能优良、安全性能突出等优点而成为最具开发和应用潜力的新一代锂离子电池正极材料。然而，LiFeP04正极材料由于本身固有结构导致其电子电导率和离子扩散速率极低；另外，由于材料振实密度低而导致体积比容量过低。这些问题的存在严重影响了该材料的实用化进程。本文分别采用一步固相法和熔盐法制备了LiFeP04／C正极复合材料，对上述问题进行了有益探索。通过XRD、SEM、FTIR、EDS、DSC、TG以及粒度分析等手段对制

2、备的正极材料进行结构、形貌表征和物理定性分析研究，并结合恒流充放电、电化学阻抗谱(EIs)等测试手段分析LiFeP04／C正极复合材料的电化学行为。本实验首先采用一步固相法合成原位碳包覆的LiFeP04／C正极复合材料。研究了焙烧温度和焙烧时间对合成LiFeP04／C正极复合材料结构和电化学性能的影响。研究结果表明，在7004C-20h条件下制得材料的电化学性能最佳，电流密度为0．3mA／cm2时的放电比容量可达133mAh／g。在确定一步固相法最佳工艺参数的基础上，掺杂少量高价金属氧化物(Zr02、T

3、i02)进行改性，以提高正极材料的充放电性能和结构稳定性。结果表明，在Lil．xZrxFeP04／C(x=O．005，0．01，0．02，O．03)iE极复合材料中，当x=O．01时掺杂效果最佳，在电流密度为O．3mA／cm2的条件下，放电比容量为145mAh／g；而在LiI．xTixFeP04／C(x=o．005，0．01，0．02，O．03)正极复合材料中，当x=O．02时达到最佳掺杂效果。0．3mA／cm2电流密度下的放电比容量高达152mAh／g：当电流密度提高到O．5mAJcm2后，放电比容量

4、仍高达146mAh／g；且交流阻抗值由未掺杂前的260f2降至90f2，说明掺杂后材料的结构稳定性和电荷传输速率均有很大改善。就掺杂效果而言，Ti02的掺杂要略优于Zr02，这说明金属阳离子的掺杂除了与价态有关外，离子半径也是重要的考虑因素。价态高半径小的金属阳离子掺杂对稳定材料结构，提高其电化学性能更为有利。将熔盐法引入LiFePOdC正极复合材料的制备。熔盐熔化提供的液相环境可以大大提高反应反应速率，缩短反应时间。通过对熔盐加入量和焙烧时间的优化，确定在焙烧温度680℃，熔盐量N=2，焙烧时间3h条

5、件下，制备的LiFeP04／C正极复合材料具有较高度振实密度(1．5019／cm3)和充放电容量。0．3mA／cm2电流密度下的充放电比容量分别为126．7mAh／g和114．6mAh／g，从而为LiFeP04正极材料的制备探索了一条新的途径。然而，其充放电容量低于上述一步固相法合成的材料，究其原因与熔赫法制备材料过程中生成的颗粒粒径相对较大以及洗涤过程中熔盐存在一定残余有关，还有待进一步研究解决。关键词：锂离子电池：正极材料；LiFeP04／C：一步固相法；掺杂改性；熔盐法桂林工学院硕士学位论文Abs

6、tractOlivine-typedLiFeP04isreceivingparticularinterestasacandidatecathodematerialforrechargeablelitlliHillbatteriesduetoitsabundantsupply,environmentallybenign。appreciabletheoreticalcapacityandgoodthermalstability．However,itselectronicconductivityisveryl

7、owandthediffusionofLi+intheofivinestructureisslowduetoitsinherentstructure．Inaddition，thetapdensityofthematerialistoolow,whichcausesthevolumecapacityislowerthanothercathodematerials．Theexistenceoftheseproblemshindersthepracticalapplicati∞severely．Inthisp

8、aper,in—situcarboncoatedLiFeP04／Ccomposites1jl惴synthesizedbyone—stepsolid-statereactionandmoltensaltsynthesis，respectively．Thecrystalstructure,morphologiesandphysicalpropertiesofthecompositeswasinvestigatedbyXRD，SEM，FTIP,,