磷酸铁锂电池正极材料制备与性能研究[1]VIP专享VIP免费

磷酸铁锂复合正极材料的制备与性能研究*许龙,赵双红,刘海方,姚耀春*（昆明理工大学冶金与能源工程学院，云南昆明650093）摘要：本文以碳酸锂、草酸亚铁、磷酸二氢铵为主要原料，葡萄糖为碳源，采用机械活化---高温固相法来制备LiFePO4/C复合正极材料。研究了不同合成条件包括不同焙烧时间和焙烧温度对材料性能的影响，并利用XRD、SEM以及充放电试验等手段对所制备的材料进行了表征。结果表明，随着焙烧时间的延长，材料性能随之增加；焙烧温度过低，晶型发育不完全，温度过高，产物中有杂相生成。关键词：锂离子电池；磷酸铁锂；正极材料SynthesisandperformancestudyofLiFePO4/CcompositecathodematerialXULong,ZHAOShuanghong,LIUHaifang,YAOYaochunFacultyofMetallurgyandEnergyEngineering,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650093,ChinaAbstract:LiFePO4/Ccompositecathodematerialswassynthesizedbymechanicalactivation---hightemperaturesolidmethodusedLi2CO3,FeC2O4•2H2O,NH4H2PO4asrawmaterialsandglucoseascarbonsource.Theeffectofdifferentsynthesistimesanddifferentsynthesistemperaturesonsynthesizedmaterialperformancewasinvestigated,andthematerialswerecharacterizedbyXRD、SEMandcharge-dischargetest.Resultsshowedthatlongersynthesispromotedtheperformanceofmaterial;lowerorhighersynthesistemperaturebroughtaboutbadperformanceofmaterial.Keywords:lithium-ionbatteries;LiFePO4;cathodematerial.1.前言锂离子电池用橄榄石型LiFePO4正极材料因具有结构稳定、理论比容量较高、原料来源丰富、环境友好等诸多优点而成为近年来的研究热点。但是，由本身晶体结构所决定的电子电导率低及锂离子扩散系数小的缺点使高倍率充放*基金资助：昆明理工大学冶金与能源工程学院经济困难学生课外科技创新项目资助项目通讯作者：姚耀春教授E-mail:yaochunyao@gmail.com电时的可逆比容量降低，限制了该材料的大规模商业化应用[1−3]。目前，增强LiFePO4材料的导电性、提升其大电流充放电比容量的方法主要有颗粒细化[4]、包覆碳[5−6]和离子掺杂[2,7]3种。但是，颗粒过细或掺入过多的碳可能会降低粉体的振实密度，并使材料的加工性能变差。不管怎么掺杂或改性，都和材料本身的制备工艺密切相关，因而本论文以碳酸锂、草酸亚铁、磷酸二氢铵为主要原料，蔗糖为碳源，采用机械活化---高温固相法来制备LiFePO4/C复合正极材料，并研究了不同合成条件包括不同焙烧时间和焙烧温度对材料性能的影响。2.实验2.1材料的制备按照目标产物为LiFePO4分别称取碳酸锂(Li2CO3)、草酸亚铁(FeC2O4·2H2O)和磷酸二氢铵(NH4H2PO4)，以葡萄糖(C6H12O6)为碳源。各原料初步混合后加入适量的去离子水，在搅拌球磨机中球磨4-8h，将得到的浆料在干燥机中进行干燥，将前驱体粉末在通有N2的网带式电阻炉中于不同温度下保温，即得到LiFePO4/C样品。2.2材料的表征干燥前的浆料和磷酸铁锂样品在LS−POP(Ⅲ)激光粒度分析仪上进行粒度分析，以去离子水为介质，rosin-ram分析模式。前驱体粉末和磷酸铁锂样品在日本理学D/max−3B型X射线衍射仪上进行物相分析，条件为：CuKα辐射(λ=0.154056nm)，40kV，30mA，步长0.02˚，扫描速率10˚/min。用PlilipsXL30ESEM环境扫描电子显微镜观察前驱体粉末和磷酸铁锂样品的颗粒形状和表面形貌。用HCS−140型高频红外碳硫分析仪分析磷酸铁锂样品中的碳含量。用BT−1000粉体综合特性测试仪(丹东市百特仪器有限公司)测试样品的振实密度。2.3电池的组装与测试将LiFePO4、导电炭黑和PVDF(聚偏二氟乙烯)按质量比8:1:1混合，加NMP(N-甲基吡咯烷酮)搅拌均匀后在0.02mm厚的铝箔上涂覆约0.1mm厚、冲裁成直径为13.5mm的圆片，并以此圆片为正极片。以直径为15.8mm锂片为负极、聚乙烯微孔膜为隔膜(TEKLONUH20140)、1mol/L的LiPF6/EC+DMC+EMC(体积比1:1:1)为电解液，在超级净化手套箱(米开罗那Universal2440/750/900，w(H2O)<1×10−6，w(O2)<1×10−6)中组装成CR2025扣式电池。电池在广州擎天BS−9300K二次电池性能检测装置上分别以0.1、0.5和1C进行恒流、恒压充电...