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橄榄石结构的LiFePO<,4>具有高安全性、无毒、价廉等优点,被认为是极具发展潜力的锂离子电池正极材料。然而其电导率极低,电极过程受扩散控制,因此须对其进行改性研究,以提高它的电导率和锂离子扩散能力。
采用高温固相法制备了铁位掺镍的改性磷酸铁锂正极材料。系统地研究了掺镍量、反应温度及反应时间对掺杂改性材料的物理性能及电化学性能的影响,获得了最佳工艺条件,合成了性能优于纯相LiFePO<,4>的LiFe<,0.9>Ni<,0.1>PO<,4>材料。
对磷酸铁锂正极材料同时进行铁位掺镍和表面包覆碳的复合改性。研究了不同碳源及掺碳量对LiFe<,0.9>Ni<,0.l>PO<,4>/C复合材料性能的影响。复合改性后的材料仍保持橄榄石结构。当碳源为抗坏血酸与山梨酸的混合物(摩尔比为1:1),含碳量为2.8%时,以10mA·g<-1>电流密度对LiFe<,0.9>Ni<,0.1>PO<,4>/C充放电,首次放电比容量达163mAh·g<-1>,达到理论容量的97%。在1C充放电倍率下依然保持着较高的容量和很好的循环性能,较LiFe<,0.9>Ni<,0.1>PO<,4>有进一步的提高,远优于纯相LiFePO<,4>。
利用循环伏安、交流阻抗法对合成材料的锂离子嵌入/脱出动力学过程进行了研究,提出了与之匹配的等效电路图。从动力学角度进一步说明了改性磷酸铁锂与纯相磷酸铁锂之间电化学性能的差异。