鋰離子電池電極材料的合成與形貌調控、表面改性及其電化學性能研究.pdf

1、近期，鋰離子電池的研究受到廣泛的關注，尤其是制造高性能鋰離子電池的電極材料面臨諸多的瓶頸，如原料成本偏高、工藝繁雜、合成周期長、環(huán)境污染等。因此，研究具有簡單、快速、廉價、環(huán)保等特點的鋰離子電池電極材料的合成工藝成為這一領域的研究熱點。
　　本文引入微波加熱方式來改進水熱法和溶膠-凝膠法，可控合成出一系列不同微觀形貌的LiFePO4正極材料，比較采用微波水熱改進后所制備出的LiFePO4材料與所對應的原工藝方法產物的形貌與電化學性

2、能的差異，考慮多方面因素選擇出如下的最佳合成工藝。以檸檬酸鐵(Fe3+)和磷酸二氫鋰作為原料，經微波水熱過程與碳熱還原熱處理，合成出尺寸均一的LiFePO4微球。微球由50-150 nm的納米顆粒自組裝團聚形成，直徑范圍為1.0-1.5μm;具有多孔結構，BET比表面積為30.6 m2 g-1，平均孔徑為11.6 nm;振實密度達1.2～1.3 g cm-3。以此LiFePO4微球材料作為鋰離子電池正極材料，表現出良好的倍率性能和穩(wěn)定的

3、循環(huán)性能，其中，5C和10C放電比容量分別為100 mAh g-1和90 mAh g-1，以10C倍率充放電100個循環(huán)后，放電容量僅衰減了2％，平均的庫倫效率為99％;經循環(huán)伏安曲線計算得知，鋰離子擴散系數約為6.25×10-9 cm2 s-1。
　　以不同鋰含量配比的原料制備了微米球形LiFePO4材料，研究了原料非化學計量比對產物形貌、結構、相組成和電化學性能的影響。結果表明，鋰適當過量的Li1+xFePO4(x～0.08)

4、材料具有最佳電化學性能。其中，在化學計量比材料Li1.0FePO4中存在鋰缺位，由于Fe離子反位，占據鋰離子的位置，阻塞鋰離子擴散通道，導致電化學性能變差;如果過量添加太多的鋰源，產物中將存在Li3PO4和Li4P2O7雜質相，這些非活性物質組份的存在，會減小電極材料整體的放電比容量;只有添加適量的鋰源，所合成的Li1+xFePO4(x～0.08)材料，產物中不含Li3PO4和Li4P2O7雜質相，也未出現Fe離子反位現象，才可獲得最佳

5、的電化學性能。
　　針對提高LiFePO4材料的電子導電性和離子導電性，采用包覆碳和磁控濺射沉積Li3PO4的方法，對LiFePO4材料進行了表面改性研究。研究表明，適量的碳包覆能夠同時提高LiFePO4材料的電子導電性和離子導電性，使電極反應更容易進行，從而有效提高材料的倍率性能;在LiFePO4材料表面適量沉積Li3PO4可以提高材料表面的離子導電性，使其充放電的倍率性能得到一定程度的提高。
　　采用微波水熱法，還研制出

6、錫碳復合負極材料。采用可溶性淀粉與金屬Sn粉作原料，可控合成出核殼結構SnO2/C微球和多孔結構SnP2O7/C微球。研究了核殼結構SnO2/C微球材料的生長機理、形貌結構和電化學性能，核殼結構SnO2/C微球材料表現出穩(wěn)定的循環(huán)性能;研究了多孔SnP2O7/C微球的形貌及電化學性能，該微球內部彌散著大量的SnP2O7顆粒，由于這些SnP2O7顆粒被固定在碳基體中，充放電過程中微球結構非常穩(wěn)定，特別是高倍率下充放電循環(huán)性能穩(wěn)定。