回收掺氟磷酸铁锂的利用及铝箔改性对正极大倍率电流放电性能的改善

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磷酸铁锂动力电池已在电动车中广泛应用,因此,磷酸铁锂的回收利用的研究具有重要的意义。在回收磷酸铁锂中含氟磷酸铁锂占有较大比重。另外,作为锂离子电池的主要部件,铝箔对锂离子电池的性能起着重要的作用。本文拟在回收掺氟磷酸铁锂材料利用及铝箔改性对正极倍率放电性能的改善方面开展研究。通过X射线粉末衍射分析、充放电循环测试、交流阻抗谱、循环伏安法、扫描电镜、样品颗粒粒径分布测定等方法,研究了影响样品电化学性能的关键因素,得到如下结论:1.在回收掺氟磷酸铁锂的利用方面:(1)将回收掺氟磷酸铁锂经热处理,然后加入优化比例的锂盐、磷酸盐及优选的碳源,再次烧结制得回收掺氟磷酸铁锂的优选样品(Optimal sample of recovering F-doped lithium iron phosphate,OSRFLFP,理论组成 LiFe(PO4)1.04F0.021)。结果表明,在2C倍率电流下,回收掺氟磷酸铁锂(组成:Li0.90FePO4F0.021)第1循环的放电容量为74.7 mAh·g-1;而经过350℃加热处理及加5%葡萄糖制备的OSRFLFP样品的第1循环的放电容量为119.2 mAh·g-1。(2)制备的含石墨烯和OSRFLFP的未烧结样(Optimal sample of recovering F-doped lithium iron phosphate/graphene without sintering,未烧结OSRFLFP/G)具有橄榄石型结构。在2C倍率电流下,加6%石墨烯的未烧结OSRFLFP/G样具有最佳的放电性能和循环性能。当放电电流从0.2C倍率增加到100C倍率的条件下,该样品的放电平台仅从3.379 V降至3.359 V,放电平台电压下降率为0.59%。在0.2C、2C、10C、50C、100C倍率电流下,加6%石墨烯的未烧结OSRFLFP/G样品第1循环的放电容量分别为134.4、123.0、121.6、121.3、121.3 mAh·g-1。因此,石墨烯对回收掺氟磷酸铁锂的大倍率电流的电化学性能有明显的改善作用。2.在铝箔改性对正极倍率放电性能改善方面:将未处理铝箔、处理铝箔、处理铝箔-石墨烯(Al/G)分别与523型三元材料制备正极,研究了该正极在常温、高温55℃、低温-22℃下的充放电性能。结果表明,Al/G的正极的倍率性能比处理铝箔和未处理铝箔正极的优秀。在0.1C、1C、5C、10C倍率电流下,Al/G的正极的第1循环放电容量分别为165.1、162.7、153.8、152.3 mAh·g-1,处理铝箔的正极第1循环放电容量分别为155.5、150.4、142.6、137.1 mAh·g-1。LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2型三元材料在Al/G的正极上的锂离子扩散系数达到 6.98×10-15cm2·s-1。
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