锂离子电池正极材料LiFePO4的合成与性能研究

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磷酸亚铁锂(LiFePO4)以其无毒、对环境友好、原材料来源广泛、比容量高、循环性能及安全性能好等显著特点,受到了人们的广泛关注,被认为是锂离子电池最有发展前途的正极材料。但是该材料导电率较低,在大电流充放电条件下,放电性能有待进一步改善。本文从降低生产成本的同时提高材料电化学性能出发,采用液相碳热还原法对LiFePO4进行合成工艺改进,碳包覆及金属离子掺杂等改性研究。通过对不同碳包覆量、镍掺杂量及焙烧温度下LiFePO4/C的X射线衍射分析法(XRD)、扫描电镜(SEM)及电化学性能的测试得出结论:LiFePO4/C在20%的碳包覆,焙烧温度为700℃时的电化学性能最好。采用液相碳热还原法合成LiFePO4/C,并对其进行一元和二元金属离子掺杂,XRD测试结果均未观察到杂相物质的存在,表明合成的材料具有单一的橄榄石结构,掺杂离子取代部分铁进入晶格内部;扫描电镜图显示出:颗粒形貌和粒度分布较掺杂前有所改善;其中一元掺杂材料LiFe0.95Co0.05PO4的循环充放电性能最好,首次充放电容量为128.84mAh·g-1,四十次循环后容量保持率为95%。同时,Ni、Mn、Mg阳离子半径与Fe2+接近,对LiFePO4分别进行了Ni、Mn、Mg的一元掺杂,结果表明Ni0.05能更好地提高材料电导率,稳定晶体结构,拥有良好的电化学性能。二元掺杂中材料LiCo0.025Ni0.025Fe0.95PO4的循环充放电性能最好,首次放电比容量为120.42mAh·g-1,四十次循环后容量仍保持在113.44mAh·g-1,且具有良好的循环可逆性和循环稳定性。
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