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橄榄石型LiFePO4因其价格低廉、对环境友好、循环性能良好、安全性能突出等诸多优点而成为最具开发和应用潜力的新一代锂离子电池正极材料。超临界二氧化碳(scCO2)是指处于临界温度(31.1℃)和临界压力(7.39MPa)以上的二氧化碳流体,具有独特的物理化学性质,兼具气体和液体的优点。作为绿色溶剂,超临界二氧化碳在有机合成方面有广泛的应用,尤其在醛化、催化氢化、自由基反应、氧化反应、傅-克烷基化反应、酶催化反应方面具有很大的潜在优势。本研究将超临界二氧化碳为反应介质应用到LiFePO4/C复合材料的合成,并研究了材料的微观结构、形貌和电化学性能。
以Fe(NO3)3·9H2O、NH4H2PO4、LiNO3和蔗糖为原料,超临界二氧化碳作为前期反应介质,经后续焙烧过程合成了LiFePO4/C,为了对比同时选用其它两种溶剂(无水乙醇、超临界二氧化碳和无水乙醇的混合溶剂)进行实验。结果表明,使用超临界二氧化碳作溶剂,在50℃反应24h合成的样品尺寸最小、粒径分布最为均匀(约为0.5-1μm)。首次放电比容量为156.6mAh/g,经过50次循环后容量几乎没有衰减。在2C放电时,放电比容量衰减到0.1C放电比容量的61％。此外还研究了反应温度和时间对材料的结构、形貌和电化学性能的影响,发现50℃和24h时制得的LiFcPO4/C材料电化学性能优于其他条件下合成的材料。
选择稀土Ce元素作为LiFePO4材料掺杂替代元素,研究Ce掺杂的Li1-aCexFe1-xPO4/C(x=0.0075,0.03,0.05)系列复合材料的合成、表征和电化学性能。分析认为,掺杂离子并没有改变LiFePO4的基本晶体结构特征,合成产物的主体是LiFePO4,但是含有少量CePO4和Fe3PO7等杂质,因此掺杂的少量Ce元素对Li1-aCexFe1-xPO4/C的充放电性能并没有改善,因为是杂质相的存在加剧了LiFePO4的极化现象,降低了材料的可逆放电容量。