锂离子电池正极材料LiFePO<,4>/C的合成与掺杂研究
由于具有理论容量高、价廉、环境友好、循环性能优良等优点，LiFePO4是一种极具发展前景的锂离子电池材料而受到了广泛关注。然而纯LiFePO4的电导率及锂离子扩散速率低限制了其工业化。优化合成工艺、颗粒表面包覆导电材料和离子掺杂是提高电导率及锂离子扩散速率的主要途径。
本文采用均匀设计优化了碳热还原合成LiFePO4/C的工艺，制备了Na+或F-掺杂的LiFePO4/C复合材料，并利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、恒电流充放电技术、循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)等技术研究了工艺条件对材料的结构、微观形貌和电化学性能的影响。
均匀设计法优化碳热还原合成LiFePO4/C的结果表明反应温度、蔗糖用量和反应时间之间存在显著的交互作用，它们与放电比容量的关系可由一个二次多项式表示。利用所得的模型可得到最优合成工艺：反应温度646℃、蔗糖用量32g、反应时间10h。此条件下材料放电比容量的预测值为148.1mAh．g-1，实验值143.1mAh·g-1，相对误差3.38％，表明所得的二次多项式模型是有效的。
Na+或F-掺杂都能有效的提高LiFePO4/C的电化学性能，同时没有改变材料的基本结构。其中Li0.99Na0.01FePO4/C和LiFePO3.99F0.01/C的5C放电比容量分别为105.1mAh·g-1和109.9mAh·g-1，50次循环后容量保持率在99.0％以上。与LiFePO4/C相比，Li0.99Na0.01FePO4/C和LiFePO3.99F0.01/C的放电比容量约提高20mAh·g-1，容量保持率提高约10％。
循环伏安测和交流阻抗测试表明：LiFePO4/C、Li0.99Na0.01FePO4/C和LiFePO3.99F0.01/C在充放电过程中只有Fe3+/Fe2+间的氧化还原反应。掺杂Na+或F-之后，Li+脱嵌过程的极化减小、电荷转移电阻降低、扩散系数增大。因此，Li0.99Na0.01FePO4/C和LiFePO3.99F0.01/C具有优良的倍率性能。
锂离子电池;正极材料;碳热还原;合成工艺
广西大学
硕士
化学工艺
文衍宣
2010
中文
TM911
67
2011-05-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）