正极材料LiFePO4电化学性能的改善及机制

橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)用作锂离子蓄电池正极材料是当前研究热点之一,由于其高容量、高循环寿命、安全、价格低廉,无环境污染等优势,倍受人们的青睐.但其较差的导电性和低的Li 扩散系数一直是阻碍其实用化的最主要原因.从采用的方法途径、达到的电化学性能及其机制等方面综述了提高LiFePO4导电能力的国内外最新研究进展.     

金属氧化物掺杂改善LiFePO4电化学性能

采用氧化物前驱体对磷酸铁锂(LiFePO4)进行少量金属离子掺杂,用X射线衍射、电子扫描显微镜、循环伏安法和恒电流充放电对掺杂的LiFePO4进行了研究.结果表明,少量的掺杂离子在很大程度上提高了LiFePO4的电化学性能,特别是大电流放电性能中1.0%(摩尔分数)的Nb5 掺杂LiFePO4的1 C放电比容量约130 mAh/g.掺杂后的电化学性能与掺杂离子的半径、价态密切相关,半径合适、价态高的离子对提高LiFePO4的电化学性能有利.     

微波合成锂电池正极材料LiFePO4电化学性能

采用微波合成技术合成锂离子蓄电池正极材料LiFePO4,通过X射线衍射(XRD),电子扫描电镜(SEM)和恒电流充放电实验,研究了在一定微波功率下合成时间对材料性能的影响。结果表明,作为微波吸收体的活性碳,升温时氧化产生的还原气氛能有效防止Fe2 的氧化,制备出单相纯净的LiFePO4。当合成时间为14min时,采用0.25C进行充放电,材料比容量可以达到96mAh/g,与固相高温合成材料的比容量性能相当。     

掺杂Mg的LiFePO4电化学性能研究

通过高能球磨制备前驱体,采用煅烧法合成锂离子电池正极材料磷酸铁锂(LiFePO4),采用充放电性能测试、XRD表征材料性能.实验证明:LiFcPO4具有3.45 V(vs.Li/Li )的放电电压平台.在相同的工艺条件下合成掺杂和来掺杂镁的LiFePO4样品,测试了它们的电化学性能,掺杂少量Mg2 后的LiFePO4晶体结构并未发生变化,且较未掺杂的LiFePO4具有更好的电化学性能.     

碳掺杂方式对磷酸铁锂电化学性能的影响

为了提高LiFePO4的电化学性能,分别采用在原料中添加导电炭黑(途径A)和对反应前驱体用环氧树脂进行包覆(途径B)的途径,通过高温固相反应合成了LiFePO4/C锂离子蓄电池复合正极材料,并用X-射线衍射、扫描电镜和恒电流充放电测试等方法对其晶体结构、表观形貌和电化学性能进行了研究。研究结果表明:所合成LiFePO4/C试样均为单一的橄榄石型晶体结构;通过途径B合成的LiFePO4/C材料,其炭黑分布更均匀,电性能更佳,以0.1C、1.0C以及2.0C倍率放电,该材料首次放电比容量分别为156.4mAh/g、145.7mAh/g和128.9mAh/g。     

二元掺杂对LiFePO_4结构及电化学性能的影响

采用流变相法合成了锂离子电池正极材料LiFePO_4,并对其进行Ga3+和F-离子同时掺杂改性。用X射线衍射光谱法(XRD)、透射电子显微镜法(TEM)等测试手段对改性材料进行表征,并对LiFe_(1-x)Ga_x(PO_4)1-xF_(3x)(x=0,0.02,0.06,0.10,0.14)正极材料进行了电化学性能测试。结果表明:正、负离子同时掺杂后的LiFe_(1-x)Ga_x(PO_4)1-xF_(3x)仍具有橄榄石结构,但能明显地改善LiFePO_4的电化学性能,尤其是改善其倍率性能。当掺杂量x为0.06时,样品LiFe_(0.94)Ga_(0.06)(PO_4)_(0.94)F_(0.18)表现出最优的电化学性能,以0.1 C进行充放电时,初始放电比容量为155 m Ah/g,经100次循环后,仍然保持为147m Ah/g;以1 C进行充放电时,首次放电比容量达到142 m Ah/g,经100次循环后,仍保持为130 m Ah/g。     

锆离子掺杂对LiFePO4电化学性能的影响

采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、恒流充放电、交流阻抗等方法研究了锆离子掺杂对LiFePO4结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明,少量锆离子掺杂不会影响LiFePO4的结构,却显著地改善了LiFePO4的电化学性能。以0.1C电流放电,掺杂锆离子的LiFePO4样品其比容量达到147.2mAh·g-1,当放电倍率提高至1C时,放电比容量仍有132.1mAh·g-1。     

双层碳包覆LiFePO4合成和电化学性能研究

采用改进的固相碳热还原法通过两步包碳法制备了双层碳包覆的LiFePO4正极材料.用SEM、XRD等对其进行表征,并将其组装成纽扣式电池,测试了其电化学性能.结果表明通过对前躯体磷酸铁的碳包覆能有效控制产品双层碳包覆磷酸铁锂的颗粒大小,双层碳包覆不改变磷酸铁锂的晶体结构,0.1 C首次放电比容量为150.0 mAh/g,...     

少量Mn掺杂及碳包覆改善LiFePO_4的电化学性能

采用固相法制得了颗粒细微、粒径分布窄的橄榄石型磷酸铁锂.采用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及恒流充放电测试仪分别对合成样品的物相、晶胞参数、表面形貌及电性能进行测试与表征.对比分析了单一碳源掺杂、掺碳且掺Mn对材料结构及性能的影响.研究发现:碳包覆并掺杂少量Mn更有利于提高材料的电化学性能.     

锂离子蓄电池正极材料LiFePO4的合成研究

采用高温固相法合成锂离子蓄电池正极材料LiFePO4,研究了反应温度、时间对合成产物的影响。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对所得样品的晶体结构、表面形貌等进行分析研究。实验证明,反应温度和反应时间对产物结构和性能有较大影响,其中,650 ℃下焙烧20 h合成出的样品电性能最佳,以0.1 C充放电,首次放电容量为111.6 mAh/g。     

碳源对核壳结构LiFePO4/C纳米复合正极材料性能影响

采用二步反应的方法制备了核壳结构的LiFePO4/C纳米复合锂离子电池正极材料,这种方法包括聚苯胺包覆的FePO4前驱体的制备和在碳源材料存在下高温焙烧。聚苯胺的初始包覆能够有效地防止FePO4在高温下进一步生长,有利于制备纳米尺寸的LiFePO4/C纳米复合物。碳源材料的类型对所得LiFePO4/C的颗粒尺寸,形貌,电化学性能具有十分明显的影响。以蔗糖为碳源合成的LiFePO4/C材料具有较小的颗粒尺寸、较高含量的均匀的表面碳包覆层,并显示出最佳的电化学性能。     

LiFePO4的Pechini法合成及电化学性能研究

采用Pechini法制备前驱体并合成LiFePO4。对LiFePO4前驱体进行热重和示差扫描量热分析(TG-DSC),采用X射线衍射(XRD)对试样的微观结构进行表征,并对试样进行电化学性能测试。结果表明:600℃合成的试样具有适中的晶胞体积、晶粒尺寸及最佳的电化学性能。采用0.1C倍率充放电,第三循环放电容量为158.55mAh/g,平台比容量及平台率分别为144.94mAh/g、91.42%,在1C倍率下充放电,其放电比容量大于130mAh/g。     

锂离子电池Li1.08Fe（PO4）1.08/C正极材料制备与电化学性能

以液相沉淀法制备的Li3PO4和NH4H2PO4均匀混合物为原料,合成了Fe2+空位的橄榄型锂离子电池Li1.08Fe-(PO4)1.08/C正极材料。X射线衍射光谱法(XRD)和扫描电子显微镜法(SEM)分析结果表明,采用Fe2+空位与碳包覆方法获得了较小晶胞体积和细小球形颗粒的Li1.08Fe(PO4)1.08/C粉末。0.2 C倍率电化学性能测试结果表明,纯Li1.08Fe-(PO4)1.08的首次放电比容量达142.4 mAh/g,而包覆9.23%C的Li1.08Fe(PO4)1.08的首次放电比容量达153.3 mAh/g、0.5 C倍率循环100次后的放电比容量为144.5 mAh/g。     

掺杂离子半径对LiFePO_4电化学性能的影响

采用固相反应合成了锂离子电池正极材料LiFe0.99Re0.01PO4(Re=La3+、Er3+、Gd3+、Nd3+)。利用X射线衍射、电化学阻抗谱、恒电流充放等方法对试样的微观结构和电化学性能进行测试。结果表明:掺杂没有改变LiFePO4的晶体结构;离子半径越小,晶格畸变越小,结构越稳定,大电流放电性能较好;Er3+掺杂的试样具有最佳的充放电性能,掺杂试样的电子电导率均提高4￣5个数量级。     

掺杂离子价态对LiFePO4电化学性能的影响

橄榄石型LiFePO4是一种新型锂离子电池正极材料。选取Ga3+、Ti4+、Ta5+和Mo6+在LiFePO4的Fe(M2)位掺杂,以探讨掺杂离子的价态对试样电化学性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、电化学阻抗谱(EIS)以及电化学测试表明,掺杂Ti4+的样品具有最好的电化学性能。     

钒掺杂对正极材料LiFePO4/C性能的影响

以V2O5为掺杂剂,用碳热还原法在氮气气氛中制备了正极材料Li1-5xVxFePO4/C(x=0、0.002、0.004、0.006、0.008、0.010和0.012)。用XRD、恒流充放电、循环伏安和交流阻抗法对样品进行研究。样品为橄榄石结构;x=0.008的样品电化学性能较好,以0.1C在2.4～4.2 V循环,首次放电比容量为163.0 mAh/g,第7次循环时增至165.8 mAh/g。