釩鈦摻雜碳納米管改性LiFePO4正極材料的制備與研究.pdf

1、鋰離子電池正極材料LiFePO4具有規(guī)整的橄欖石結(jié)構(gòu),而且鐵資源廣泛、價(jià)格低廉,對(duì)環(huán)境污染小以及在大倍率下放電優(yōu)異的熱穩(wěn)定性,成為人們現(xiàn)在熱衷研究的一種材料,它因?yàn)闈M足了取代LiCoO2所具備的要求,已經(jīng)成為混合動(dòng)力汽車的首選材料,但其電子傳導(dǎo)率和離子擴(kuò)散率低,對(duì)其改性可以提高其電化學(xué)性能。
　　采用液相共沉淀的法,對(duì)合成條件進(jìn)行優(yōu)化,利用葡萄糖碳包覆的方法制備了LiFePO4正極材料。通過(guò)熱重-差熱(TG-DTA)、X射線衍射(

2、XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)等物理表征方法,與恒流充放電測(cè)試、循環(huán)伏安(CV)和交流阻抗(EIS)等電化學(xué)測(cè)試方法相結(jié)合,對(duì)材料合成溫度、晶體結(jié)構(gòu)、表明形貌和電化學(xué)的性能進(jìn)行了研究。分別研究了不同的碳納米管添加量、超聲時(shí)間以及碳包覆量對(duì)材料性能的影響。研究結(jié)果表明:當(dāng)碳納米管添加量為2.0％時(shí),合成出的材料均勻且顆粒較小,XRD測(cè)得的峰形尖銳,峰強(qiáng)較強(qiáng),并且具有較好的電化學(xué)性能。該材料在0.1C倍率下的放電比容量為130.6mAh

3、/g;當(dāng)超聲時(shí)間為1h時(shí)所得材料顆粒均勻且無(wú)明顯團(tuán)聚現(xiàn)象,并且具有較好的倍率性能和大電流充放電性能,另外,超聲1h所得材料的容量100循環(huán)性能也較穩(wěn)定,容量保持率為107%左右;用Fe(NO3)3作為鐵源,當(dāng)碳包覆量為10.4%時(shí),碳的包覆層較均勻,在0.1C倍率下的放電比容量為131.0mAh/g,在1C、2C和5C倍率下循環(huán)100次的比容量保持率分別為99.6%、99.0%、98.4%,可以看出,該材料在大電流的放電條件下循環(huán)性能優(yōu)

4、良。
　　為了使LiFePO4的性能進(jìn)一步提高,在合成材料的過(guò)程中摻雜金屬離子V和Ti。比較了兩種金屬離子不同摻雜摩爾比對(duì)材料性能的影響。研究表明,摻雜金屬離子V和Ti均可以有效地提高LiFePO4材料的放電比容量。當(dāng)V的摻入摩爾比為0.03時(shí),在0.1C的倍率下放電比容量達(dá)到了147.7mAh/g,而摻入摩爾比為0.01時(shí)所得材料在大倍率下放電時(shí)表現(xiàn)出了良好的性能,在0.5C、1C、2C和5C時(shí)放電比容量分別為124.3、112