LiFePO4/C复合材料的形貌控制及其电化学性能

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橄榄石型LiFePO4作为新一代锂离子电池正极材料,具有理论容量高、倍率性能好、循环寿命长、安全环保、投入低的优点,在动力型高功率大容量锂离子电池中应用潜力巨大、竞争优势突出。本文主要研究以廉价三价铁为原料,采用简便易行的方法制备不同形貌结构的LiFePO4/C复合材料,研究不同形貌结构对其电化学性能的影响,同时探索不同形貌结构的形成机理1、通过简单的一步球磨法制备出LiFePO4纳米球密集镶嵌于三维立体多孔碳骨架的LiFePO4/C复合材料,乙醇作为球磨分散介质时,测试结果显示LiFePO4纳米球粒径300nm,复合材料比表面积大(166.6m2g-1)、电导率高(10-2Scm-1)且Li+的扩散系数较大(10-15-10-14cm2s-1),在0.1C的放电倍率下比容量达155.0mAhg-1,20C仍保持69.5mAhg-1,放电倍率小于10C时,循环稳定性接近100%。在不添加导电剂时,0.1C倍率下比容量仍高达127.8mAhg-1。2、采用无模板溶剂热法一步合成出LiFePO4纳米颗粒紧密堆积碳包覆而成的微米级的球型LiFePO4/C复合材料,研究了溶剂热反应温度、时间葡萄糖摩尔配比对材料形貌结构及电化学性能的影响。当摩尔配比1:1时,180℃反应6h可以得到球形的LiFePO4/C复合材料,SEM图显示复合物微球紧密排列、粒径在3~5um,TEM图显示LiFePO4粒径100nm,其振实密度可达1.3g cm-3,充放电测试表明,在0.1C倍率下比容量高达154mAh g-1,经50个循环容量保持率接近100%,同时在大倍率20C下比容量仍保持60mAh g-1。3、通过水热合成法制备了不同形貌的LiFePO4/C复合材料,SEM图显示,抗坏血酸含量增加时,复合材料的形貌会由多孔球形向多孔药片形、再向表面镶嵌大量小颗粒药片形,最后变为表面光滑的药片形。当抗坏血酸摩尔配比为1:1时,充放点测试表明,在0.1C的放电倍率下比容量达120mAh/g。
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