鋰離子電池鐵基電極材料的制備與電化學性能研究.pdf

1、磷酸鐵鋰(LiFePO4)具有理論比容量高(170 mAh·g-1)、循環壽命長、熱穩定性高、原材料儲量豐富且環境污染小等優點，是一種富有發展前景的動力電池正極材料。LiFePO4也具有明顯的缺點，例如振實密度較低和導電性能差等。LiFePO4振實密度一般只能達到1.3-1.5,是阻礙其在小型電池領域應用的最大缺點;而LiFePO4晶格中鋰離子擴散系數小(10-8-10-10 cm2·s-1)的問題，可通過材料的微納化以及添加導電劑等得

2、到解決。在離子傳輸方面，理論計算與實驗都已證實LiFePO4中的Li+沿正交晶系結構的[010]方向進行一維擴散，但是目前研究者尚未通過電化學層面的研究觀測到這種一維通道。在降低LiFePO4生產環境需求方面，通過三價鐵鹽如磷酸鐵(FePO4)及其衍生物的制備，避免LiFePO4在制備、儲存和涂覆過程中的成本升高問題。
　　本論文在主顯(010)晶面LiFePO4中空六方片狀顆粒和二水合羥基磷酸鐵(Fe5(PO4)4(OH)3·2

3、H2O）的可控制備和結構表征的基礎上;研究LiFePO4晶格中鋰離子沿[010]方向進行的一維擴散現象，探究雙功能性Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O的電化學儲鋰性能;具體如下:
　　1.通過聚乙二醇(PEG)輔助的水熱法，以比例為3:1:1的氫氧化鋰(LiOH)、硫酸亞鐵(FeSO4)和磷酸(H3PO4)為原材料，制備了兩種具有不同尺寸空心內核的、主顯(010)晶面的LiFePO4六方片狀顆粒。作為鋰離子電池正極材料，具有較

4、小空心內核的微晶電極與具有較大空心內核的微晶電極相比，表現出了較高的可逆容量、較小的極化值、較小的電荷傳輸電阻和較大的鋰離子擴散系數。此外，將主顯(010)晶面的LiFePO4實心六方片狀顆粒及其表面刻蝕衍生物的電化學性能作對比，可以證明:主顯(010)晶面的LiFePO4中空六方片狀顆粒的形成機制及其空心內核的存在對晶格中鋰離子1D傳輸的阻滯現象。
　　2.采用1,2-丙二醇與水混合溶液體系的溶劑熱法，以FeCl3和H3PO4為

5、原材料在140℃反應48h制備得到同時具有空心和實心兩種內部結構的四方雙錐狀Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O晶體。通過控制反應時間，在不同時間階段得到相應產物并進行物相和結構表征，表明在溶劑熱反應過程中首先生成圓片狀FePO4·2H2O晶體，然后經溶解重結晶得到四方雙錐狀Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O晶體。作為鋰離子電池正極材料，在4.5-1.5 V電壓區間以及50 mA·g-1電流密度條件下，四方雙錐狀Fe5(PO4)4