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橄榄石型磷酸亚铁锂(LiFePO4)是一种新型的锂离子蓄电池正极材料,它具有理论比容量高(170mAh·g-1),充放电电压适中(3.4V),资源丰富,对环境无毒无害,充放电过程中体积变化小(仅6.8％),结构稳定,良好的热稳定性等优点,因此受到广泛关注,被视为最具有潜力替代钴酸锂材料的二代正极材料。
本文介绍了锂离子电池及其正极材料特别是工LiFePO4的研究进展和存在的主要缺点及影响该材料电化学性能的因素。该材料的主要缺点是它的电子电导率较低(约10-9S·cm-2),这使得其大倍率放电性能较差。除了电子导电率低以外,Li+在固相中的扩散系数也较低,导致了较慢的固相反应动力学,为了缩短Li+在固相中的扩散时间,可以采用合适的制备方法,优化合成工艺来得到粒径较小,分布均匀的颗粒,同时价格问题也是其主要的竞争问题。针对以上问题我们展开了研究,其主要内容如下:1.为了解决材料本身电子电导率差和扩散系数小的缺点,本文采用不同模板剂合成了LiFePO4正极材料,选出了性能较好的模板剂,并对其合成的材料进行了结构、形貌和电性能的研究。2.为了不断优化材料的形貌,制备球形的LiFePO4材料,本文采用流变相合成法制备正极LiFePO4材料,采用造粒剂聚乙烯醇(PVA)作为模板剂合成了LiFePO4材料,并对其形貌和电化学性能进行了表征。3.LiFePO4材料可以通过适当的金属掺杂在晶格中形成锂离子空位,有利于提高锂离子在材料中的扩散速率,而且高价金属掺杂可以改变晶体的局域能级,提高材料的体相电导。论文第三部分针对这一情况,通过单独掺杂多种金属氧化物和进行双掺杂合成了正极LiFePO4材料,并对其性能和纯的LiFePO4材料进行了表征和比较,得出了既包覆又体相掺杂Mo6+的材料的性能比较好。4.为了降低材料的成本,本文采用便宜的三价铁作为铁源,首次以β-环糊精作为碳源和还原剂采用碳热还原法合成正极LiFePO4材料,并对还原剂的量和合成的工艺进行优化;本文首次采用熔盐.碳热还原方法合成了近似球形的正极LiFePO4材料,对材料的形貌和电性能进行表征,并对合成的工艺不断进行优化,使放电容量达到明显的提高。