锂离子电池新型正极材料LiFePO_4的研究进展.pdf

《锂离子电池新型正极材料LiFePO_4的研究进展.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、万方数据第38卷2009正第1l期11月稀有金属材料与工程RAREMETALMATERnLSANDENGrINEERINGV01．38，No．11November2009锂离子电池新型正极材料LiFeP04的研究进展沙鸥，赵敏寿，翟静，张丽，王丹丹(燕山大学，河北秦皇岛066004)摘要：橄榄石结构的LiFePO。作为锂离子电池的一种新型正极材料，具有原料来源广泛、价格低廉、对环境友好、能量密度和理论容量高、放电电压稳定、热稳定性和循环性好等优点，是下一代锂离子电池正极材料有力的竞争者。本文介绍LiFeP04正极材料的

2、结构与性能以及存在的问题：综述制备LiFeP04的各种方法，即固相合成和液相合成两类．比较各种方法的优缺点；探讨近年来国内外对于改善LiFeP04电化学性能所进行的研究工作，并对其发展前景进行了展望。关键词：磷酸亚铁锤；锂离子电池；正极材料；合成方法中图法分类号：TM912，9文献标识码：A文章编号：1002．185X(2009)11-2060—05近年来，随着碳负极材料性能不断得到改善和提高，电解质的研究取得了很大进展。相对而言，正极材料的发展较为滞后，成为制约锂离子电池整体性能进一步提高的主要因素。因此，研究和开发

3、高性能的正极材料成为锂离子电池发展的关键。1997年，Goodenoughd、组【l】首次报道了橄榄石型的LiFeP04。LiFePO。具有较高的可逆比容量(170mAh·gJ)和比能量密度(550Wh·g’1)，其充、放电电位为3．4V(vs．Li+／Li)，电压平台稳定并低于大多数电解液的分解电压，从而保证了良好的安全性。此外，其原材料来源广泛，无环境污染，循环性和热稳定性优良，被认为是最有前途的锂离子电池正极材料。1LiFeP04的结构LiFePO。在自然界中以锂铁磷酸盐矿的形式存在，它具有有序的正交晶系橄榄石结

4、构，属pnma空间点群。在LiFePO。晶体结构中，氧原子占据稍有扭曲的六面紧密堆积结构的空位；磷原子在氧四面体的4c位形成P04四面体(图1)；铁原子、锂原子分别在氧八面体的4c和4a位形成Fe06和Li06八面体。在b-e平面上，Fe06八面体通过共点连结，Li06八面体则在b轴方向上通过公共边相接成链。1个Fe06八面体与2个Li06八面体和1个P04四面体共棱，而1个P04四面体则与1个Fe06八面体和2个Li06八面体共棱。锂离子在4a位形成平行于c轴的共棱的连续直线链，图l橄榄石型LiFeP04的结构示意图

5、【21Fig．1Schemeoferysmlstructureofolivine-typeLiFeP04使其具有二维可移动性，充放电时能自由脱嵌【21。此外，强的P—o共价键形成离域的三维立体化学键，使LiFeP04具有很强的热力学和动力学稳定性。与其他正极材料相比，LiFePO。虽然有许多性能优势，但由于自身结构的限制导致其导电率很低、倍率放电性能差、不适宜大电流放电，从而阻碍了该物质的实际应用。因此，继续对其进行深入研究并找出克服这些问题的办法成了广大科学工作者关注的焦点[引。2LiFeP04的合成方法目前，LiF

6、eP04正极材料的制备大体可分为固相合成和液相合成两类。2．1固相合成收稿日期：2008．12-20基金项目：稀上资源利用国家重点实验室；中国科学院长春应用化学研究所基金项目作者简介：沙鸥，女，1983年生，硕士生，燕山大学环境与化学工程学院，河北秦皇岛066004，电话：0335．8515935，E-mail：shaoul102@sina．com万方数据第11期沙鸥等：锂离子电池新型正极材料LiFeP04的研究进展·2061·2．1．1高温固相法高温固相法是一种比较成熟的制备LiFePO。技术，可分为一步、二步和三步

7、加热法。施志聪等【4】以LiOH·H20、FeC204"2H20和NH4H2P04为原料，采用一步加热法在高纯氮气保护下于600℃恒温36h得到性能较好的LiFeP04，产物在0．1C倍率下放电，初始放电容量为147mAh·g～。此外，C．H．Mi等【5】采用一步加热法得到包覆碳的LiFcPO。，其在30℃，0．1C倍率下的初始放电容量达到160mAh·g一。s．S．Zhang等【6】采用二步加热法，以FeC204"2H20和LiH2P04为原料，在氮气保护下先于350—380℃加热5h形成前驱体，再在800℃下进行高

8、温热处理，成功制各了LiFeP04／C复合材料，产物在0．02C倍率下的放电容量为159mAh·g-1。A．S．Andersson等【7】采用三步加热法，将由Li2C03、FeC204"2H20和(NH4)2HP04组成的前驱体先在真空电炉中于300℃下预热分解，再在氮气保护下先于450℃加热10h，再于800℃烧结36h，产物在