模板法合成LiFePO4/C及其电化学性能
橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)的理论比容量为170 mAh/g，对锂电极电势3.45 V，是一种极具潜力的锂离子电池正极材料。因其具有原料丰富、无毒环保、可逆性好、循环稳定性好、安全性能好等一系列优点，被认为是动力型锂离子电池的理想材料。但纯LiFePO4仍存在电导率低(约为10-9 S/cm)、离子扩散系数低(约为10-11～10-10 S/cm)等问题，这导致其倍率性能很差，影响了LiFePO4在实际中的应用。 本文综述了橄榄石型的LiFePO4研究进展，以P123为模板剂水热合成了LiFePO4/C正极材料，并对其形貌特征和电化学性能进行了表征与研究。 以LiNO3、NH4H2PO4、FeNO3·9H2O为原料，采用P123、葡萄糖和一水合柠檬酸作为碳源，在水和乙醇混合溶液中150℃水热合成了LiFePO4/C材料。结果表明，以P123作为碳源得到的复合球形LiFePO4/C材料拥有良好的充放电性能和倍率性能。 研究了不同球形形貌LiFePO4/C的电化学性能。通过改变P123以及原料的浓度，改变前驱体的结构，并以此得到了不同球形形貌的LiFePO4/C。结果表明，在150℃水热条件下合成的复合球形形貌的LiFePO4/C电化学性能为最佳，并且m(P123)∶m(LiFePO4)=1.5∶1.2为最佳合成配比。将在m(P123)∶m(LiFePO4)=1.5∶1.2，m(P123)=2.0 g条件下合成的LiFePO4/C超声1h，得到颗粒破碎的LiFePO4/C材料。对比超声前后的LiFePO4/C电化学性能，发现超声前的球形LiFePO4/C电化学性能比超声后要好，这是由于超声前的颗粒比超声后的能更好得相互接触，充放电时形成良好的导电网络。 以m(P123)∶m(LiFePO4)=1.5∶1.2的比例，在不同温度下合成了LiFePO4/C材料，在150℃水热下得到了复合球形LiFePO4/C材料，在180℃水热条件下得到了组合蝴蝶形貌的LiFePO4/C材料，在210℃水热条件下得到的LiFePO4/C由多种形状颗粒组成。这是由于当P123所在溶液温度升高时，P123中的EO片段亲水性开始减小，疏水性增加，导致最终P123形成的模板形状有所变化。结果表明在150℃水热条件下得到的复合球形LiFePO4/C材料高倍率放电性能最佳，210℃水热条件下得到的LiFePO4/C材料低倍率放电性能最佳。
模板法;磷酸铁锂;正极材料;水热法;电化学性能;形貌特征
中南大学
硕士
应用化学
刘开宇
2013
中文
TM912.9;TM287
66
2014-02-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）