论文部分内容阅读
采用固相混合法制备了新型正极材料LiFePO4。以不同工艺条件试样的充、放电性能及其微观结构为考察指标,采用正交法对最佳的合成工艺进行了优化。考察了试样与九种不同电解液的相容性。采用正交法考察了试样的颗粒粒度、电极膜中导电剂乙炔黑和粘结剂聚四氟乙烯(PTFE)的含量以及充、放电电流密度等因素对其充、放电性能的影响。采用不同碳源对试样进行了包覆,考察了碳包覆对试样晶体结构和电化学性能的影响。实验结果表明:1.各预分解工艺因素对试样D3(第三循环放电容量)影响的大小顺序为:预分解温度>保护气体流量>预分解时间>球磨时间。其最佳工艺组合为:球磨时间2h、预分解温度350℃、预分解时间5h、保护气体流量1.5L/min,此时试样的D3=121.78mAh/g,第三循环充、放电效率η3=98.56%。2.各合成工艺因素对试样D3影响的大小顺序为:合成温度>锂/铁/磷配比>合成时间>成型压强,其最佳工艺条件为:锂/铁/磷原子比1.05:1:1、合成温度650℃、合成时间为18h、成型压强60MPa,此时试样的D3=127.49mAh/g,η3=99.46%;各合成工艺因素对晶胞体积V和晶粒尺寸D131的影响大小顺序为:合成温度>锂/铁/磷配比>合成时间>成型压强,其最佳组合为锂/铁/磷原子比1.05:1:1、合成温度650℃、合成时间为18h、成型压强60MPa,此时试样的晶胞体积V=0.29172nm3,与理论值相差最小,且晶粒尺寸适中(D131=34.383nm)。由此可见,以充、放电性能为考察指标与以微观结构为考察指标所得到的最佳工艺组合是完全一致的,两者必然同步优化。3.试样在九种不同电解液中进行恒电流充、放电时都能形成良好的充、放电平台,在分别以EC+DEC(1:1,v:v)、EC+DMC(1:1,v:v)和PC+DME(1:1,v:v)为溶剂、以LiClO4为溶质的电解液中都可以获得良好的电化学性能。其中,试样在1mol/L LiClO4/EC+DMC(1:1)电解液中的电化学性能最佳,在以LiPF6和LiBF4为溶质的电解液中进行充、放电时,其循环性能较差,容量衰减较大。4.试样粒度、电极膜中的导电剂乙炔黑含量和粘结剂PTFE的含量以及充、放电时的电流密度四个因素对试样D3的影响大小顺序为:乙炔黑用量>充、放电电流密度>试样颗粒粒度>PTFE用量,各因素的最佳组合为:试样颗粒粒度-400目、PTFE用量5%、乙炔黑用量20%、充、放电电流密度10mA/g,此时试样的D3=131.25mAh/g,η3=99.37%。5.采用乙炔黑为碳源对试样进行包覆时,不能得到结晶良好的试样,试样的电化学性能也没有得到有效地改善;采用葡萄糖为碳源对试样进行包覆能够得到结晶良好的试样,试样的电化学性能得到了较大的改善,平台性能和倍率性能较好;采用酚醛树脂为碳源对试样进行包覆时,获得了良好的碳包覆结构,试样的颗粒细小均匀,甚至达到了纳米级,其结晶度高、晶粒尺寸小,电化学性能得到很大改善,具有优异的平台性能和倍率性能,当包覆碳含量为10%时,试样的电化学性能最佳,其第三循环放电容量为D3为164.89mAh/g,充、放电效率η3为99.20%,该试样在1C倍率时的第三循环放电容量D3=149.12mAh/g。