论文部分内容阅读
磷酸铁锂（LiFePO4）作为新型锂离子电池正极材料具有高安全性、低成本、高温性能好、环境友好等优点,因而成为目前电池界竞相开发与研究的热点。本文以磷酸铁锂作为研究目标,系统地对其合成工艺、材料改性、结构表征、电化学性能以及电极动力学性能等方面进行了研究。利用TG-DSC、XRD、SEM、LSD、CV、EIS以及充放电测试等方法研究了橄榄石型LiFePO4正极材料的合成工艺。通过单因素实验及正交实验对合成过程中所用原料、焙烧温度、焙烧时间、惰性气氛流量等工艺参数进行了优化,确定了合成磷酸铁锂最佳的工艺条件。首次将TG-DTA热分析技术应用于研究LiFePO4正极材料固相合成的动力学过程。运用Doyle-Ozawa法和Kissinger法计算合成过程中各个反应阶段的表观活化能、反应级数、频率因子等动力学参数,为磷酸铁锂固相合成过程的进一步放大和研究提供了预测依据。采用不同类型的碳导电剂前驱物对LiFePO4正极材料进行表面包覆改性。实验表明,葡萄糖及甘油等有机导电剂前驱物具有较好的改性效果。考虑到适当的掺碳量对于LiFePO4正极材料容量和密度的综合优化是十分必要的,本文对葡萄糖的加入量进行了筛选。结果表明,当葡萄糖的加入量为10%时,样品具有良好的充放电动力学特性,具有较高的充放电容量及稳定的循环性能。本文对磷酸铁锂正极材料的离子掺杂改性进行了系统的研究。从产物的结构和电化学性能方面考察了掺杂离子的改性效果,并尝试从金属离子半径、价态和LiFePO4晶格内部缺陷等方面分析离子掺杂改性的机制,提出了离子选择的标准,即采用离子半径与Li+相近,但具有更高价态的金属离子进行Li位掺杂能够取得较好的改性效果。尝试对共沉淀法进行改进,利用自制的加料装置通过控制原料的滴加速度从而控制前驱物沉淀的生成速率,最终达到均匀沉淀。并成功利用该法对LiFePO4进行表面包覆改性,取得了较好的效果。测定了锂离子在LiFePO4中脱嵌的OCV曲线及微分容量曲线。运用EIS技术测定了LiFePO4正极材料中锂离子的固相扩散系数。对橄榄石型LiFePO4材料中锂离子的扩散系数随锂离子在材料中嵌入组成的变化规律进行了探讨。