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橄榄石型LiFePO4理论比容量高、价格低廉、环境友好、循环性能优良、安全性能突出,被认为是最具开发和应用潜力的新一代锂离子电池正极材料。由于LiFePO4的电子导电率低和锂离子扩散速度慢,导致初始容量损失和倍率放电性能差。针对这种情况研究者尝试采取减小颗粒尺寸、添加导电剂、掺杂金属离子等措施来改善其电化学性能。
本论文采用公司提供的几家国内知名LiFePO4生产厂家供应的LiFePO4原材料,对原材料进行检测,并且把它做成两种不同组装方式的电池,并对其成品电池进行检测,通过研究分析,来得出LiFePO4的颗粒大小、碳含量、碳包覆形貌、金属离子掺杂对LiFePO4电导率的影响,以及对电池制作时的加工性能和电池的电化学性能的影响。并把这些研究结果应用于LiFePO4的合成。
在LiFePO4合成阶段,本论文主要通过液相沉淀法来合成LiFePO4材料,与传统的固相烧结法相比,传统高温固相反应得到的磷酸铁锂产物颗粒较大、粒度不均匀、导电性能差,而且合成LiFePO4能耗高。而本方法制备的磷酸铁锂具有很高的纯度、优良的晶体结构与良好的粒径分布,并可以大幅度降低LiFePO4生产成本、减少环境污染及设备损耗。
以H3PO4、LiOH·H2O、还原Fe粉、Fe2O3、Fe(OH)3及水溶性酚醛树脂为原材料,采用液相沉淀法合成LiFePO4前躯体,然后通过较低的温度在管式炉中烧结,得到合成产物LiFePO4/C。研究了合成条件对前躯体、产物LiFePO4结构、形貌及电化学性能的影响,通过X射线衍射(X-RayDiffraction)分析了合成前躯体及产物的结构晶型,扫描电镜(scanningElectronMicroscope)观察了材料的形貌,恒流充放电测试研究了合成材料的比容量和循环性能。
电化学测试结果表明,制备的LiFePO4/C复合材料具有较好的容量和循环稳定性,0.1C倍率下平均放电比容量为123mAh·g-1,循环30次后的容量衰减1％。