高温高能球磨法制备LiFeP04/C正极材料

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目前,LiFePO4作为最有发展潜力的锂离子电池正极材料,受到了人们的广泛关注,但是,该材料低的电子电导率和低的锂离子迁移速率影响了其在锂离子电池中的实际应用。为了提高材料的电子电导率和锂离子迁移速率,获得性能良好的正极材料,本文以LiH2PO4和Fe203为锂源和铁源,葡萄糖为还原剂和碳包覆碳源,采用高温高能球磨法制备LiFePO4/C正极材料,研究了高温高能球磨工艺参数、碳源、包覆碳加入量以及离子掺杂对LiFePO4材料性能的影响。论文对于LiFePO4正极材料的生产和应用具有重要的参考价值。经过仔细研究,结果表明:(1)当球磨温度为600℃、球磨时间为9h、球料比为12:1、球磨转速为80r/min时,LiFePO4/C材料的性能最佳。将最佳工艺条件下制备的LiFePO4/C材料组装成扣式电池,在0.1C、1C、5C、10C倍率下,电池的首次放电比容量分别为150.3mAh/g、144mAh/g、130.1mAh/g和108.5mAh/g,30次循环后放电比容量基本不变。(2)以有机碳源为原料制备的正极材料,其性能明显优于以无机碳源为原料制备的材料。以葡萄糖为原料时,材料性能最佳,0.1C倍率下首次放电比容量为153mAh/g,20次循环后,容量保有率为98.5%。(3)包覆碳加入量对材料性能有较大影响,以葡萄糖为包覆碳源时,材料的性能随着加入量的增加而提高;但加入量过大时,容易生成Fe2P杂质。包覆碳加入量为8%时,材料性能最佳,0.1C倍率下,首次放电比容量达155mAh/g。(4)锡离子或氟离子掺杂制备LiFePO4/C材料时,离子掺杂未改变材料的晶体结构。当锡离子掺杂量为0.03时,LiFe0.97Sn0.03PO4/C样品的性能最佳,5C倍率下,首次放电比容量为143mAh/g,30次循环后,材料放比电容量无明显降低。当氟离子掺杂量为0.03时,LiFePO3.97F0.03/C材料的性能最佳,5C倍率下,首次放电比容量为147mAh/g,30次循环后,材料的放电比容量几乎没有损失。(5)研究锡离子和氟离子共掺杂的LiFe0.97Sn0.03PO3.97F0.03/C材料的性能,结果表明,共掺杂未改变材料的晶体结构;但是引起材料的晶格常数和晶胞体积收缩,5C倍率下,首次放电比容量为140.1mAh/g。
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