《锂离子电池》PPT课件

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1、LiFePO4虽然具有结构稳定,安全,无污染且价格便宜等优点,但还是存在着锂离子的扩散系数小,电子导电率低等缺点,导致其室温下的循环性能以及高倍充放电性能不是很好。针对LiFePO4材料导电性差的特点,目前研究者们主要从以下几个方面的措施来改善:包覆导电层离子掺杂提高比表面积通常用高价态的金属阳离子如Mg2+、Al3+、Ti4+等进行掺杂,掺杂后产生的空穴表现比电子好得多的可移动性,材料导电性得到明显提高。通常利用碳包覆,碳的加入除了能够增强电极材料的导电性能外,在产物结晶过程中还充当了成核剂,减小了产物的粒径。此外还有聚合物包覆,RuO2包覆等通过提高材料的比表面积

2、,可以增大扩散界面散界面面积,同时缩短Li+在颗粒内部的扩散路径,从而提高活性材料的利用率,通常将材料做成纳米尺寸颗粒或高比表面积的多孔材料来实现。碳包覆碳添加至合成前驱体的方法是首先由Goodenough组的Ravet等[1]提出来的。其作用有三:①作为还原剂,在较低温度下避免形成三价相;②阻止颗粒间的接触,防止产生异常晶粒长大;③增强颗粒内部及颗粒间的电子电导。[1]N.Ravet,J.B.GoodenoughandS.Besner.TheElectrochemicalSocietyandtheElectrochemicalSocietyofJapanMeetin

3、gAbstracts.Honolulu,HI:InternationalSocietyofElectrochemistry.1999,99(10):17~22[2]SungWooOh,Seung-TaekMyung,Seung-MinOh,KyuHwanOh,KhalilAmine,BrunoScrosatiandYang-KookSunDoubleCarbonCoatingofLiFePO4asHighRateElectrodeforRechargeableLithiumBatteriesAdvancedMaterials.2010,43(22):4842-4845

4、Yang-KookSun[2]等利用双层碳包覆合成了高倍率的磷酸铁锂材料,即先合成C包覆的FePO4,再用Li2CO3和碳源进行二次包覆。材料10C,20C分别能达到理论容量的68%,47%。离子掺杂在LiFePO4中加入少量导电的金属粒子或金属离子是另一条有效提高LiFePO4容量的途径。[1]ChungSY,BlokingJT,ChiangYM,Electronicalconductivephosphor-olivinesaslithiumstorageelectrodes,NatMater,2002,2:123~128美国MIT的研究小组发现[1],在锂化(放电

5、)状态下,用高价态的金属离子如Mg2+、Al3+、Ti4+及Nb5+等进行掺杂,LiFePO4的电导率可以令人惊奇地提高8个数量级(>10-2S·cm-1),超过了LiCoO2(~10-3S·cm-1)和LiMn2O4(2×10-5~5×10-5S·cm-1)的电导率。掺杂后的LiFePO4在较低的充放电率下,比容量接近170mAh·g-1,即使在高达6000mA·g-1(40C)的充放电率下,也能够保持可观的放电容量,并且极化很小。提高比表面积除纳米粒径的LiFePO4外[1],孔状结构的LiFePO4也是研究的热点,因为孔状相互交联的结构提供了更多的锂离子活性位置

6、,确保了离子有较好的扩散性能,同时为固态电子的迁移提供了很好的导电性。此外还可以减轻循环过程中因体积膨胀引起的材料本身结构的破坏,保证了电池的循环寿命,提高电极材料大电流放电的性能。[1]Murugan,A.V.;Muraliganth,T.;Ferreira,P.J.;Manthiram,A.Inorg.Chem.2009,48,946–952.[2]YingkeZhou,JieWang,YuanyuanHu,RyanO’HayreandZongpingShaoAporousLiFePO4andcarbonnanotubecompositeChem.Commun.,

7、2010, 46,7151-7153YingkeZhou等[2]用多壁碳纳米管和柠檬酸铁先超声混合,再加磷酸二氢铵合成了具有良好性能的多孔的LiFePO4和碳纳米管复合材料。这种材料10mAh/g放电容量159mAh/g,1000mA/g放电110mAh/g。2008年,Zhouhaoshen课题组通过原位聚合法合成得到了壳-核结构的碳包覆LiFePO4纳米复合物。该材料具有较高的比容量,良好的充放电倍率,但由于做为碳源的苯胺,具有毒性且会造成环境污染,所以很难产业化。LiFePO4最新研究进展Angew.Chem.2008,120,7571–757

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