LiFePO/C正极材料改性及电极制备工艺研究

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本文采用球磨工艺制备了锂离子电池正极材料LiFePO4/C,材料在常温下具备非常优秀的快速充放性能,1C倍率充电后首次放电比容量分别为109.1mA·h/g (5C), 118.7mA·h/g (3C), 126.8mA·h/g (2C) 以及 140.7mA·h/g (1C)。同时对材料在不同温度下的循环性能进行研究,LiFePO4/C在常温和低温下显示出优秀的循环性能。常温25℃,1C倍率下1000次循环后仍具有112mA·h/g的比容量,衰减小于18%;低温-20℃,1C倍率首次循环比容量为74.8mA·h/g,但材料在1000次循环中几乎没有衰减。材料在高温55℃,1C倍率下首次放电比容量为160.6mA·h/g,但在200次循环后出现明显衰减。因此为了使LiFePO4/C材料在实际中得到更好地应用,其高温性能还有待提高。 本文通过掺杂LiF对LiFePO4/C复合材料进行改性研究,按LiFe(PO4)1-xF3x/C (x:0.025, 0.05, 0.075, 0.1)配比,以LiF加入起始反应物制备材料。发现掺杂后LiFePO4/C复合材料电化学性能明显提高。LiFe(PO4)0.925F0.225/C在高温下表现出优秀的高倍率性能和循环稳定性,其不同倍率下放电比容量分别为:96.6mA·h/g (30C), 128.1mA·h/g (8C), 135.1mA·h/g (5C)以及147.4mA·h/g (1C)。同时高温1C倍率下1000次循环后比容量仍为80.9mA·h/g。而在低温环境下,F掺杂对LiFePO4/C材料电化学性能的改善没有起到作用。 另外本文利用正交实验L33(9),探讨本课题组中试实验样品磷酸铁锂正极的制备工艺参数,电解液和导电剂对电极工作性能的影响。采用不同活性物质、导电剂和粘结剂的配比制备LiFePO4/C电极,应用不同电解液组装成锂离子电池,并在0.1C和1C倍率下进行充放电循环测试,确定了电极组成最佳配比以及最为匹配的电解液。在电极制备过程中选用不同导电剂进行研究。发现使用KetjenBlack EC-600 JD作为导电剂较通常应用的乙炔黑有着更大的优势,在0.1C倍率充放电测试中比容量比使用乙炔黑导电剂的电池高6-10mA·h/g。
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