随着汽车尾气污染的日益严重以及国际上能源的短缺,新能源汽车产业得到了迅速的发展,同时推动了锂离子电池产业的发展。相对容量较高的负极而言,锂离子电池正极材料的研究较为关键。目前研究最多的正极材料如钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂等均存在着缺陷而难以满足工业应用的需求。橄榄石结构的LiFePO4具有比容量高、环境友好、资源丰富和安全性好等优点,引起了广泛的关注,但是由于电导率低、锂离子扩散系数低和生产批次稳定性差等缺点,限制了其商业化的应用。
本论文采用液相复合晶体法制备了LiFePO4材料,并通过对材料形貌及电化学性能的分析,对LiFePO4正极材料的制作工艺、合成条件、金属掺杂等展开了深入系统的研究。
讨论了不同配比、不同搅拌时间和不同加料方式等正极制备工艺对材料性能发挥的影响,实验确定的最佳正极制备条件为:导电碳黑加入量为8％,搅拌24h,采用优先溶解PVDF的加料方式进行混合。
讨论了不同的烧结时间、不同的烧结温度、不同分散剂添加量和不同碳含量对材料形貌及电性能的影响。实验确定的最佳合成条件为:高温烧结时间8h,高温烧结温度660℃,分散剂添加量5gCTAB/mol,残碳量为3%。制备出的正极材料粒径分布均匀,1C放电比容量达142mAh/g。
讨论了金属体相掺杂对材料性能的影响,包括不同金属掺杂和不同量掺杂。以Ti、Mg、Mn、Co为掺杂元素,按照摩尔比制得 LiFe0.95M0.05PO4成品,其中LiFe0.95Ti0.05PO4表现出最优的性能,初次放电比容量达到144mAh/g。采用Mn掺杂做定量分析,制得LiFe1-xMnxPO4材料,x=0.05时性能最优,放电容量为141mAh/g。样品经过500次循环容量降至128mAh/g,容量保持率在91%,1000次循环,容量降到97mAh/g,容量保持率在70%。同时研究了以Co、Mn、Fe组成的三元磷酸盐材料的电化学性能,合成 LiCo0.33Mn0.33Fe0.33PO4和LiCo0.2Mn0.2Fe0.6PO4材料,材料初次放电比容量分别为118mAh/g和108mAh/g,存在明显的多放电平台。通过对电压平台的分析表明,在材料中存在着Fe-O-Mn(Co)之间的超级诱导效应,并不是单纯的物质组合。
- 作 者：
- 仪修玲
- 学科专业：
- 环境科学与工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 哈尔滨工业大学
- 导师姓名：
- 李朝林
- 学位年度：
- 2011
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
