LiFePO4/C复合正级材料的制备及其性能研究

• 作 者: 王恒
• 机 构: 天津工业大学
• 出 处: 天津工业大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 锂离子电池 正极材料 材料制备 溶胶凝胶法

随着社会经济的快速发展，国家对新能源的发展也越来越重视，十二五规划更是把发展新能源和国家储能项目作为重点发展的三个主要方向之一，这就对锂离子二次电池的性能提出了更高的要求。作为锂离子电池正极材料之一的LiFePO4，具有放电比容量高、放电平台平稳、循环性能和热稳定性能好等优点，而受到人们的青睐。由于不同的制备方法和工艺条件会对材料的性能产生很大的影响，所以我们在此比较深入的研究了不同的制备方法和工艺参数对材料性能的影响，期望找到合适的工艺条件，制备出性能优异的LiFePO4/C复合正极材料，以便更好的应用于工业生产。主要研究内容如下：　　
⑴传统的高温固相法不能使材料混合的更加的均匀，我们利用物质在水溶液状态下能使材料达到分子级别的混合这一特性，来对传统的方法进行了改进。先把几种原料配成水溶液，然后再与草酸亚铁进行混合研磨、干燥、煅烧制备出正极材料。测试结果表明：用改进的方法制备出的材料性能更好，在0.1C充放电倍率下，其放电容量达到128.4mAh/g，并且50次循环内，容量没有衰减。同时，考察了不同的碳源和不同的碳源加入量对材料性能的影响。结果表明：当用葡萄糖作碳源且加入量为3％时，合成的材料的性能最好，其0.1C和0.5C充放电倍率下，放电容量为分别为145.3 mAh/g和137.3mAh/g，且循环性能良好。　　
⑵在用溶胶-凝胶法制备LiFePO4时，我们提出用Fe3+化合物来替代传统的Fe2+盐，这就会省去前期的惰性气氛保护步骤，会大大简化操作步骤。并且，通过调节不同的碳含量来保证Fe3+全部被还原。测试结果表明：当硝酸铁与柠檬酸的摩尔比为1:1时，制备的材料中基本没有Fe3+的存在，材料表现出了良好的电化学性能。　　
⑶通过考察不同的锂盐加入量，找到合适的配比，来弥补锂盐在制备过程中和充放电反应中的损失。分析结果表明：当锂盐与硝酸铁的摩尔比为1.05:1时，材料的性能最佳，首次放电比容量达到152.3mAh/g(0.1C)，50次循环容量衰减只有3.6％，展现出了较好的电化学性能。　　
⑷通过考察不同的水浴温度、烧结温度、烧结时间、溶胶pH四个方面来对工艺进行优化设计。测试结果表明：当硝酸铁、柠檬酸和锂盐的摩尔比为1:1:1.05，调节溶胶pH在6.0-6.5范围内，在75℃的水浴的温度中蒸发制备成凝胶，在650℃、焙烧16h制备的LiFePO4/C复合材料的性能最好。在0.1C充放电制度下，放电比容量超过155mAh/g，0.5C倍率下放电容量达到143 mAh/g，并且具有良好的循环性能。对材料进行交流阻抗测试表明，材料的阻抗较低。