锂离子电池正极材料LiFePO4的研究进展

LiFePO4因具有高的比容量、良好的循环性、环境友好等特点，成为目前最受关注的锂离子电池正极材料。概述了LiFePO4的结构和电化学性能，介绍了LiFePO4主要的几种制备方法，包括固相法、水热法、微波法。同时阐述了提高LiFePO4电化学性能所做的改性研究，并对该材料的发展方向进行了展望。     

磷酸亚铁锂制备方法的研究进展

概述了多种合成LiFePO4的方法,主要有高温固相法、机械化学法、微波加热法等固相合成方法和溶胶-凝胶法、共沉淀法、乳化干燥法、喷雾干燥法、水热法等液相合成方法.固相法具有操作简单、工艺流程短等特点,但其反应控制条件比较苛刻,批次稳定性差;液相法反应控制条件相对温和,批次稳定性较好,其中水热法具有原料来源广泛、能耗低等优点,工业化前景较好,值得进一步研究.     

正极材料LiFePO4性能的改进

介绍了LiFePO4作为钴、镍等锂电池代替品的优势及缺点,并针对纯磷酸铁锂极低的电子导电率和锂离子扩散速率这一缺点的改进进行总结。改进的方法主要有3种,一是对高温固相法、微波法、溶胶凝胶等合成工艺改进;二是对LiFePO4包覆导电材料,合成LiFePO4与导电物质的复合物;三是掺杂改性,改善LiFePO4内部的导电性。最后介绍了国内外LiFePO4的发展现状,提出国内LiFePO4发展所要面对的问题。     

不同碳源对LiFePO4/C复合材料性能的影响

采用机械液相活化法与高温固相法相结合制备了锂离子电池正极材料LiFePO4和LiFePO4/C.考察了蔗糖、柠檬酸、葡萄糖、酒石酸等不同碳源对材料性能的影响,并采用XRD、 SEM和恒电流充放电测试等方法对材料的结构、表面形貌及电化学性能进行了研究,利用Raman光谱和TEM分析材料中碳的存在状态.结果表明,得到的样品结构均为橄榄石型,碳源的加入能有效地减小材料的颗粒尺寸,并且材料的电导率比纯LiFePO4的电导率提高了5个数量级.LiFePO4/C样品的表面包覆层均为非晶碳,以柠檬酸为碳源合成的LiFePO4/C材料,具有较小的颗粒尺寸,均匀多孔的表面碳包覆层和最佳的电化学性能.在0.1C下第3次的放电比容量达141.0mAh/g,循环10次后容量无衰减.     

聚苯胺包覆的LiFePO4电化学性能研究

采用固相法合成了锂离子电池正极材料LiFePO4.为了改进LiFePO4的高倍率充放电性能,采用原位聚合的方法合成了一系列聚苯胺-LiFePO4(PAn-LiFePO4)复合正极材料.通过扫描电子显微镜(SEM)观察了样品的形貌.交流阻抗测试表明聚苯胺的包覆降低了LiFePO4电极的电化学反应阻抗.充放电测试表明PAnLiFePO4复合材料的放电容量更高,循环性能更好.     

高性能LiFePO4材料的研究

为了提高LiFePO4的电化学性能,采用球磨辅助分段焙烧高温固相法,在前躯体中掺入不同的碳源(蔗糖、煤焦油沥青、改性后的煤焦油沥青-标记为M),合成了锂离子蓄电池LiFePO4/C正极材料.用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安(CV)和恒流充放电测试等方法对其物相结构、表观形貌和电化学性能进行表征和分析.结果表明,合成的LiFePO4/C材料具有单一的橄榄石晶体结构,是粒径为纳米级的球形颗粒;材料具有较高的放电容量和良好的循环性能.其中,以M为碳源合成的LiFePO4/C材料的电化学性能最优异,在以0.1C倍率充放电时,掺入8.5%M的样其容量高达168mAh/g且经过30个循环后容量没有衰减.     

用两种碳源制备高性能LiFePO4/C正极材料

为了提高LiFePO4材料的电化学性能,以碳溶胶和葡萄糖两种物质为碳源、采用高温固相法制备了LiFePO4/C复合正极材料.通过XRD、TEM、恒电流充放电等方法研究了材料的结构与电化学性能.XRD结果表明,两种碳源的添加对LiFePO4的晶体结构没有影响.从TEM图上可观测到颗粒外部明显的碳包覆层.电化学性能测试表明,在同样倍率下,以两种碳源制备的LiFePO4/C材料放电比容量高于以单一碳源制备的LiFePO4/C,且表现出优良倍率性能和循环稳定性:在0.1C下的放电比容量达162mAh/g,1C下放电比容量为157mAh/g,循环20次后容量没有任何衰减.     

锂离子电池正极材料LiFePO4的改性研究

新一代锂离子电池正极材料LiFePO4因其比容量大、价格低廉、结构稳定等优点受到广泛研究.基于密度泛函理论,采用平面波赝势方法计算了正极材料LiFePO4的电子结构,分析了其能带结构、电子态密度等相关性质;从理论上分别探讨了LiFePO4作为锂离子电池正极材料的充放电机理及其存在的问题,并对各种改进方法进行了综述.     

LiFe_(1-x)Ni_xPO_4复合正极材料的制备及性能研究

采用两步固相原位烧结掺杂法制备了一系列镍掺杂的锂离子电池正极材料LiFe1-xNixPO4(x=0、0.03、0.05、0.07、0.10、0.15).Ni替代部分Fe,改变了LiFePO4的晶胞参教,细化了晶粒.充放电实验研究表明,低放电倍率(0.1C)时,LiFe0.095Ni0.05PO4的首次放电容量最大,为155mAh/g,较LiFePO4增加了22.8%;0.5C时,其容量为132mAh/g,较LiFePO4增加了14.7%;放电倍率增加为1C时,其容量也能达到122mAh/g,较LiFePO4增加了16.1%.适量掺杂Ni可提高LiFePO4的充放电比容量,改善其高倍率充放电性能.     

Ti离子掺杂对LiFePO4材料性能的影响

采用固相法合成了锂离子电池正极材料LiFePO4.为了提高LiFePO4的电化学性能,用Ti4 对LiFePO4进行掺杂.通过X射线衍射分析及电化学测试,研究了Ti掺杂对材料的结构和电化学性能的影响.以Li3PO4为锂源,(C4H9O)4Ti为掺杂源,合成了单一相Li1-xTixFePO4(x=0.005、0.01、0.02和0.03).实验研究表明,掺入少量的Ti4 ,可以减小晶胞体积,有效地提高了LiFePO4的循环性能和比容量.当(C4H9O)4Ti的掺入量为1 mol%时,在50mA/g的充放电电流下,首次放电比容量为123 mAh/g;经过60次循环后,容量基本上无衰减.