锂离子电池正极材料磷酸铁锂的研究

随着能源与环境问题的日益突出以及现代科技的快速发展,对电池的性能提出了更高的要求。锂离子电池以其工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电小、无记忆效应和“绿色”环保等优点而成为可移动电源的首选。进一步提高电池性能和降低电极材料成本是锂离子电池发展和改进的主要方向。LiFePO4作为锂离子二次电池的正极材料,具有高的理论比容量（170mAh/g）,约为3.5V的电压,较好的常温和高温稳定性,低廉的成本和优良的环保性能,有可能替代LiCoO2成为新一代正极活性物质。但LiFePO4存在致命的缺点,那就是LiFePO4的电子导电率和锂离子扩散速度低,另外LiFePO4本身密度小,导致体积能量密度低,影响该材料的实用化。目前用来提高LiFePO4电化学性能的方法主要有三种:改进合成方法得到颗粒小且分布均匀的产物;掺杂导电剂,主要是掺杂碳或者金属粉末;掺杂金属离子,从本质上提高材料的导电性。 实验分别采用了液相共沉淀法和高温固相法合成出了单一相的LiFePO4,并采用XRD、SEM、TEM、CV（循环伏安）等手段对材料进行表征,在不同条件下测试了材料的电化学性能。结果表明,650℃下焙烧12h得到的样品表现出较好的电化学性能,20mA/g的电流密度下首次放电容量为120mAh/g。 同时对材料的改性进行了研究,分别采用氧化镁、活性炭、蔗糖和柠檬酸对材料进行掺杂和包覆。通过对掺碳量、碳源以及掺碳方式的研究发现使用蔗糖作为碳源,在750℃下制得的材料综合性能最优,当采用20mA/g放电时比容量为167mAh/g,采用85mA/g放电时比容量仍能保持在139mAh/g,且电压平台和循环性能良好。 本文还采用了辅助微波加热的方法,制得的LiFePO4/C化合物粒子微细、粒径分布窄。实验证明,采用该反应方法有利于控制产物的形貌和粒径。用LiFePO4/C作正极材料进行了电池的充放电测试和循环伏安测试,结果显示,首次放电量达到169mAh/g,而且表现出了良好的循环性能和高倍率性能。