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本文采用高温固相法制备LiFePO4/C和LiFePO4-xFx/C复合材料,利用充放电测试系统、电化学工作站,结合XRD、SEM、FT-IR等手段,对比研究了LiFePO4/C、LiFePO4-xFx/C复合材料的结构、形貌和电化学性能。重点研究了烧结温度、烧结时间、碳源加入量和F-掺杂对LiFePO4物理及电化学性能的影响。 本论文的具体研究内容如下: 以氢氧化锂、草酸亚铁、磷酸氢二铵为原料,以葡萄糖为碳源,在不同条件下合成LiFePO4/C复合材料。结果表明:碳源加入量为15％,700℃下烧结15 h所制备出的LiFePO4/C复合材料性能最佳,该材料在0.2、0.5、1、2、5、10 C下的放电比容量分别为134.3、116.1、105.6、80.3、69.2、53.4 mAh/g。 采用F-掺杂制备的LiFePO4-xFx/C(x=0.02,0.05,0.08,0.1)复合材料。通过XRD图谱分析发现,不同F-掺杂量均未对LiFePO4结构造成影响。经充放电测试发现,随着F-掺杂量的增加,材料在0.2 C下放电比容量也随之提高。但随着F-掺杂量的继续增加,材料容量明显下降,极化也明显增大。最终发现, LiFePO3.92F0.08/C材料比容量提高最大,该材料在0.2 C下放电比容量高达154.9 mAh/g。 通过XRD、FT-IR、充放电、循环伏安和电化学阻抗测试对比LiFePO4/C和LiFePO3.92F0.08/C复合材料的结构及电化学性能发现, F-掺杂进入了磷酸铁锂晶体内部,且F-掺杂提高了材料的容量,增加了材料的循环稳定性,增加了电极反应速度,有效降低了复合材料在大倍率下的电化学极化。 采用循环伏安曲线和电化学阻抗谱图研究了LiFePO4/C和LiFePO3.92F0.08/C电极反应过程动力学。循环伏安研究表明, LiFePO3.92F0.08/C在电极反应过程中具有更好的可逆性,并由此计算了LiFePO4/C和LiFePO3.92F0.08/C复合材料电极中Li+在氧化峰附近的平均扩散系数分别为4.108×10-11和1.729×10-10 cm2/s。采用电化学阻抗谱法计算了LiFePO4/C和LiFePO3.92F0.08/C复合材料电极中Li+的扩散系数分别为1.584×10-14和0.851×10-13 cm2/s。