鋰離子電池正極材料的制備和電化學性能研究.pdf

1、隨著科學技術的不斷發展，特別是通信技術和電子產品的更新，使能源成為十分重要的問題。作為一種二次電池，鋰離子電池具有較好的的循環穩定性和較高的操作電壓，在能源供應方面發揮了不可替代的作用。橄欖石結構 LiFePO4的發現，使研究者們對聚陰離子型化合物產生了極大的興趣，具有三維結構的聚陰離子型正極材料Li2FeP2O7進入人們視線。正極材料 Li2FeP2O7具有較高的比容量，它的單電子理論容量約為110 mAh/g，3.5 V的電壓平臺，

2、是所有含鐵的磷酸正極材料中平臺最高的材料。本文采用固相法和溶膠凝膠法合成了正極材料Li2FeP2O7，并對其進行了理化表征和電化學性能測試。
　　首先，我們使用固相法制備 Li2FeP2O7，XRD曲線中沒有雜質峰的存在，表明制備的樣品為純相。在0.05C的倍率下，其放電容量為99.2mAh/g，是理論容量的90.2％。在電流密度為4C時，放電容量為41.8 mAh/g。通過對其電極動力學的研究，充電過程擴散系數的范圍為10-13

3、~10-17 cm2s-1，放電過程的鋰離子擴散系數明顯低于充電過程(10-14~10-18 cm2s-1)，表明該材料的鋰離子的嵌入能力要小于鋰離子的脫出能力。
　　我們對合成條件進行了優化，使用蔗糖、檸檬酸和淀粉對正極材料 Li2FeP2O7進行碳包覆，研究了不同碳源對Li2FeP2O7材料的結構和電化學性能的影響。結果表明，使用三種碳源合成的樣品都是Li2FeP2O7的純相，三種碳源對材料Li2FeP2O7的電化學性能影響也

4、各不相同。以蔗糖為碳源合成的材料電化學性能最好，首次放電容量為103.6 mAh/g，且具有較好的倍率性能和循環性能。以檸檬酸和淀粉為碳源的正極材料由于合成的過程中形成的碳層結構不完整，使其電化學性能降低。
　　其次，研究了不同鋰源（Li2CO3、LiOH·H2O、CH3COOLi·2H2O）對固相法合成的樣品的結構和電化學性能的影響。研究表明，三個樣品的放電平臺都在3.5V左右,以Li2CO3為鋰源制備的正極材料電化學電性能最好

5、，在0.05 C的倍率下循環50圈后，容量保持率為93.8%。在4C的倍率下，容量保持率為28%。以CH3COOLi·2H2O為鋰源的正極材料在0.05C的倍率下首次放電比容量僅為81.9 mAh/g，但是循環性能較好，在0.05 C的倍率下循環50圈后，容量保持率為95.5%。
　　最后，我們使用便宜高效的還原鐵粉作為鐵源，合成了具有微孔結構的納米級的正極材料Li2FeP2O7/C。使用TG/DTA分析了燃燒合成方法的反應機理，

6、通過XRD、SEM、TEM、BET和FT-IR等測試手段對材料的結構和形貌進行表征，證明了該方法制備的材料為Li2FeP2O7的純相，其結構為均一的納米級Li2FeP2O7粒子嵌入到三維的碳網結構中。這種結構有利于鋰離子的嵌入脫出，因此具有較的高倍率性能和循環性能。該材料在4C的倍率下放電容量為62.1 mAh/g，在1C倍率下循環100圈后容量保持率為94%。該結構為鋰離子擴散提供了二維的通道，有利于鋰離子的擴散，因此我們使用恒電流間