锂离子电池用LiFePO/C的复合碳源法制备、表征与性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:einstein_2
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LiFePO4材料具有安全、环保、低成本及优良循环性能,近年来正成为正极材料的研究热点。然而,LiFePO4弱的导电能力限制了材料的倍率性能和实际应用。本文旨在通过复合碳源包覆、离子掺杂和优化制备方法等手段提高LiFePO4的导电性,进而提高其电化学性能。 本文以FeC2O4、 Li2CO3、NH4H2PO4和蔗糖等为原料,采用固相法制备了橄榄石型LiFePO4/C。通过正交试验考察了球磨工艺、烧结温度、烧结时间和碳源用量对样品性能的影响。利用XRD、SEM、TEM、EA等手段对LiFePO4/C进行物相、微观形貌和碳含量分析;通过组装模拟钮扣电池,对其进行充放电、循环稳定性、交流阻抗等电化学测试。结果表明原料球磨后所制LiFePO4/C比容量提高了39.2%;700℃下烧结的样品晶体结构完整,颗粒大小均匀,比容量值高(128.9 mAh/g)。800℃烧结的样品中存在少量Li3P04、 Fe2P和Fe杂质。 首次以蔗糖和PEG1000为复合碳源制备了橄榄石型LiFePO4/C,样品电化学性能良好,电流密度34 mA/g(0.2 C)下首次放电容量为145.7 mAh/g,10次循环后基本无衰减。 用改进的共沉淀法制备了LiFePO4/C,样品在0.2和1C条件下的放电容量分别149.0和126.3 mAh/g,循环稳定性优良,在0.2 C充放电10次后,容量保持率为97.2%。并考察了沉淀剂添加量、体系pH值和不同复合碳源对样品电化学性能的影响。 发展了一套非水溶胶凝胶体系,以LiCl、FeCl2、H3PO4为主要原料,无水乙醇为溶剂,制备出具有特定形貌的纳米级LiFePO4/C。这种非水溶胶凝胶体系能快速形成溶胶凝胶,具有易干燥,周期短的特点。样品0.2和1C放电比容量分别为157.7和130.9 mAh/g。探讨了不同复合碳源对产品形貌和性能的影响。 在非水溶胶凝胶法制备橄榄石型LiFePO4/C的基础上通过掺杂改性制备了离子掺杂LiMxFeyPO4/C(M=Mg、 Cr、Zr)。其中LiZrxFe1-2xPO4/C电化学性能优良:锆离子掺杂样品LiZr0.01Fe0.98PO4/C在0.2、1和2C充放电时比容量分别达到160.6、141.9和123.6 mAh/g,0.2 C倍率下10次循环容量保持率为98.0%。
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