三价铁合成LiFePO_4/C正极材料及其性能研究

橄榄石型LiFePO_4正极材料具有对环境友善、资源丰富、价格便宜和安全性能好等优点,被认为是非常具有发展前景的锂离子电池正极材料,然而由于自身晶体结构的本征特性,LiFePO_4的电导率低,高倍率充放电性能较差是限制其应用的最大障碍,通过碳包覆或金属离子掺杂等改性方法提高这种材料的电子导电率成为锂离子电池材料领域的研究热点.以提高电化学性能和更好的实现产业化为主要目的,对LiFePO_4材料的碳包覆和合成条件等进行了研究.以氧化铁为原料,采用碳热还原法合成锂离子电池正极材料LiFePO_4/C,利用扫描电镜和电化学性能测试方法对磷酸铁锂材料的表面形貌以及电性能进行分析研究,讨论了不同的煅烧温度、煅烧时间和掺碳量对材料电性能的影响.实验结果表明最佳合成工艺为:碳的包覆量为6%(质量分数),合成温度为720 ℃,保温时间为12 h,合成过程在惰性气氛下完成,合成的LiFePO_4/C复合正极材料在2.0～4.3 V,0.2 C倍率下的放电比容量可达160.56 mAh/g,0.5 C放电比容量可稳定在143 mAh/g左右,循环性能较好.     

以磷铁粉为原料制备磷酸铁锂的工艺研究

磷酸铁锂的大规模发展要求进一步降低原料成本,磷铁粉是一种可以提供磷和铁两种组分的制备磷酸铁锂的低价原料。本论文以磷铁粉为原料,先与碳酸钠混合并高温烧结,将磷铁粉转化为磷酸钠与氧化铁,然后采用水浸的方法将可溶的磷酸钠与氧化铁分离。再以淀粉作为碳源还原氧化铁,并用硫酸浸出还原后的产物,通过除杂后获得硫酸亚铁溶液,探究了碳用量、硫铁比、浸出时间对氧化铁中铁元素浸出的影响。将浸出铁液与磷酸钠溶液按照不同比例混合制备获得磷酸铁。最后配锂加碳高温烧结合成磷酸铁锂。通过XRD、SEM、电化学性能对制备的磷酸铁与磷酸铁锂进行了表征,研究了铁磷比对于磷酸铁及磷酸铁锂性能的影响。结果表明,优化条件下制备的磷酸铁锂在1C倍率下放电比容量为143.7 mAh/g,经过150次充放电循环后容量保持率为91.9%。该工艺充分利用了原料中的磷和铁,为磷酸铁锂的工业生产开辟了一条绿色经济之路。     

正极片的搁置时间对锂离子电池平均内阻影响研究

研究了正极片的不同搁置时间对正极片电阻率及其制作的电池平均内阻变化的影响。采用场发射电子显微镜(FE-SEM)、感应耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP)及X-射线光电子能谱仪(XPS)等测试手段对正极片进行了表征。结果表明,在不同搁置时间(0~25h)段,正极片电阻率是受磷酸铁锂表面碳包覆层与磷酸铁锂作用力、磷酸铁锂与水反应以及粘合剂的粘合作用共同影响的。     

喷墨打印制备LFP/Mxene阴极锂电池及其电化学性能

制备了MXene含量2%、3%、4%、5%、6%（质量分数）的磷酸铁锂(LFP)/Ti₃AlC₂(MXene)复合材料并将其制备成墨水,通过喷墨打印方法得到锂离子阴极电池,并研究MXene含量对LFP电化学性能的影响。结果表明,随着MXene含量的增加,LFP/MXene 复合材料的电化学性能先升高后降低。以4%MXene的添加剂制备得到的LFP/MXene 复合材料电化学性能测试最佳,其电容量达到181.2 mAh·g^-1,100次循环后其库仑效率为99.4%。MXene材料具有手风琴层状结构,使得磷酸铁锂的接触比增加,此外,MXene材料比石墨烯材料具有更多的官能团结构,有助于LFP的电化学性能改进。但如果MXene加入过多,MXene材料发生结块,会降低LFP/MXene 复合材料电化学性能。     

球形磷酸铁锂正极材料制备中试研究

用湿法球磨-喷雾干燥法制备LiFe0.98Mg0.02PO4/C复合正极材料;用激光粒度分析仪、X射线衍射仪、扫描电镜和恒流充放电等对前驱体和磷酸铁锂样品进行表征;考察不同球磨工艺对磷酸铁锂颗粒形貌、粒度分布、振实密度和电化学性能的影响。结果表明:用湿法球磨-喷雾干燥法可以制得球形颗粒、高振实密度且电化学性能优良的磷酸铁锂正极材料,原料经粗磨后再超细球磨制得的材料性能更佳,振实密度达1.67 g/cm3,在0.1 C、0.5 C和1.0 C倍率下的首次放电比容量分别为151、143和132 mA·h/g。     

酚醛树脂包覆和预成膜共改性石墨作为锂离子电池负极材料的研究

以天然石墨为原料,球磨过筛得到颗粒均一的球形颗粒。酚醛树脂作为碳源对球磨后石墨进行包覆,经过高温碳化处理,在天然石墨表面形成一层碳包覆层,再对包覆后石墨用聚二甲基硅氧烷进行表面预成膜处理。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和LAND电池测试系统等对共改性石墨进行结构、形貌和电化学性能分析。XRD分析显示,共改性后的石墨层间距d002和无序化程度增加,说明在石墨的表面形成了一定的包覆层。SEM图片中可以看出改性后的石墨颗粒致密均匀且较为圆滑,这种结构使得石墨颗粒表面积适当减小,电化学性能得到提高。电化学性能测试结果,采用共改性后的石墨在0.1C首次放电比容量达到362mA·h/g,首次库伦效率为92%,100个循环后容量仍保持为最高容量的98.6%。     

合成温度对LiFePO_4/C复合材料电化学性能的影响

以FePO4为铁源、Li2CO3为锂源、聚丙烯为还原剂和碳源,采用一步固相法合成原位碳包覆磷酸亚铁锂(LiFePO4/C)复合材料,研究合成温度对材料LiFePO4/C复合材料电化学性能的影响。采用X射线衍射、扫描电镜和拉曼光谱技术对合成产物的晶体结构、表面形貌和碳结构进行表征,通过电化学阻抗谱(EIS)和充放电测试对材料的电化学性能进行测试和分析。结果表明:在600～750℃温度范围内都可合成纯LiFePO4/C复合材料,随着合成温度的升高,材料颗粒尺寸和石墨化程度都将增大;600℃保温8h合成的材料颗粒尺寸为100～500nm,其1C放电比容量达到144.2mA·h/g,5C放电比容量达到119mA·h/g。     

磷酸铁锂正极墨水配制及其电化学性能研究

磷酸铁锂(LiFePO₄, LFP)作为锂离子电池正极材料因其放电容量大、价格低廉和对环境无污染受到广泛关注。本研究旨在制备出适用于微电子打印机的性能优良的磷酸铁锂及相应复合材料正极墨水。通过配制不同浓度的磷酸铁锂墨水并制备成电极,研究最优浓度墨水制备成电极的电化学性能。研究表明,倍率为0.1 C时,打印浓度为10%的磷酸铁锂电极放电比容量高达142 mAh·g^-1,基于磷酸铁锂具有较差的导电性,选择加入少量还原氧化石墨烯提高其导电性。还原氧化石墨烯质量分数为0.6%时,磷酸铁锂和还原氧化石墨烯复合材料放电比容量达152.1 mAh·g^-1,库伦循环效率为99.2%,说明引入还原氧化石墨烯有利于提高材料整体性能。     

反应物中锂元素的量对LiFePO4/C电化学性能的影响

以Fe2O3和LiH2PO4为原料,葡萄糖为碳源,采用碳热还原法合成了LiFePO4/C正极材料,考察了反应物中锂元素的量对正极材料LiFePO4/C电化学性能的影响。用X射线衍射、扫描电镜(SEM)和恒电流充放电测试和循环伏安法对正极材料的结构、形貌以及电化学性能进行了研究。结果表明:当反应物中额外添加锂元素的量是理论量的10%时,制得的正极材料的电化学性能最佳,在0.2和1C(1C=170mA/g)的充放电倍率下,首次放电比容量分别为156.3和137.5mAh/g,经过20次充放电循环后,容量基本保持不变。     

液相法合成PEG组合包覆Li_3V_2(PO_4)_3的电化学性能（英文）

以聚乙二醇(PEG)作为还原剂和碳源,采用流变相法成功合成碳包覆的单斜晶系磷酸钒锂正极材料,采用XRD、SEM和电化学性能测试手段考察不同相对分子质量组合的聚乙二醇对合成材料的影响。SEM观察显示,大相对分子质量和小相对分子质量的聚乙二醇组合有利于合成更小、更均匀的颗粒。相对分子质量为200和20k组合的聚乙二醇合成的磷酸钒锂在0.1C,3.0~4.2 V电压范围进行充放电循环,其首次放电比容量为131.1 mA·h/g,30次循环后仍有123.6 mA·h/g,优于其他相对分子质量组合形式。通过CV和EIS图谱分析,相对分子质量相差越大,越有利于提高锂离子扩散系数,从而改善材料的电化学性能。     

均匀沉淀法制备LiFePO4/C及其电化学性能

以FeSO4·7H2O、H3PO4、H2O2和尿素为原料,采用均匀沉淀法制备LiFePO4的前驱体FePO4·xH2O,研究表面活性剂PEG对前驱体FePO4·xH2O形貌的影响。并将获得的FePO4·xH2O与Li2CO3及葡萄糖混合后合成LiFePO4/C。利用XRD、SEM、循环伏安测试、电化学性能测试、交流阻抗测试等手段对LiFePO4/C进行表征。结果表明:当不添加表面活性剂PEG时,FePO4·xH2O颗粒呈球形,但团聚现象严重;添加PEG后,颗粒较分散,形貌为多面体,合成的LiFePO4/C在0.1C时的首次放电比容量为151.0 mA·h/g,倍率性能好,振实密度达1.44 g/cm3。     

Electrochemical performance of Ti4+-doped LiFePO4 synthesized by co-precipitation and post-sintering method

Ti4+-mixed FePO4·xH2O precursor was prepared by co-precipitation method,with which Ti4+ cations were added in the process of preparing FePO4·xH2O to pursue an effective and homogenous doping way.Ti4+-doped LiFePO4 was prepared by an ambient-reduction and post-sintering method using the as-prepared precursor,Li2CO3 and oxalic acid as raw materials.The samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM),X-ray diffractometry (XRD),electrochemical impedance spectroscopy (EIS),and electrochemical charge/discharge test.Effects of Ti4+-doping and sintering temperature on the physical and electrochemical performance of LiFePO4 powders were investigated.It is noted that Ti4+-doping can improve the electrochemical performance of LiFePO4 remarkably.The Ti4+-doped sample sintered at 600 ℃ delivers an initial discharge capacity of 150,130 and 125 mA·h/g with 0.1C,1C and 2C rates,respectively,without fading after 40 cycles.     

复合金属掺杂的LiFePO4/C复合材料的制备与电化学性能研究

以超声波辅助沉淀法合成的纳米级球形FePO4·2H2O为原料,采用碳热还原法制备了复合金属掺杂的LiFePO4/C复合材料。通过X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),恒电流充放电测试,循环伏安和交流阻抗测试表征了FePO4·2H2O和LiFePO4/C的物相、结构和电化学性能。结果表明,溶液浓度为0.1 mol/L时制备的FePO4·2H2O为分布均匀的纳米级球形颗粒。复合金属掺杂显著提高了LiFePO4的放电比容量,Ni和Nb复合掺杂的LiFePO4/C复合材料表现出了最佳的电化学性能,0.1 C倍率条件下首次放电容量158.8 mAh/g,1 C倍率下首次放电容量150.2 mAh/g,100次循环后容量保持率分别为98.30%和97.8%。Ni和Nb复合掺杂后提高了LiFePO4的锂离子扩散速率和电导率。     

Li_(0.97)Al_(0.01)FePO_4正极材料性能研究

选用廉价易得的Al(OH)_3为掺杂铝源,制备掺杂量为x=0.01(计量数)的Li_0.97Al_0.01FePO_4和纯LiFePO_4正极材料,并对其进行XRD、SEM分析和电化学性能测试.经过与LiFePO_4标准谱图对照,Li_0.97Al_0.01FePO_4样品的主要晶相为橄榄石结构的磷酸亚铁锂.在室温,0.1 C倍率恒电流充放电条件下,Li_0.97Al_0.01FePO_4的首次放电比容量为134.0 mAh·g~(-1),且放电容量在前15次循环中非常平稳,后略有减少.第20次循环放电比容量达到129.21 mAh·g~(-1),与未掺杂LiFePO_4材料相比,表现出更高的比容量和优良的循环性能.     

还原-插锂和碳包覆同步制备磷酸铁锂/碳复合材料及其性能

以聚丙烯酸为碳源,用低温还原-插锂与聚合物高温分解相结合的方法制备LiFePO4/C复合正极材料;FePO4被还原插锂与含碳聚合物化学包覆同时进行,简化了制备工艺,降低了制备成本。经X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及恒电流充/放电测试,研究了不同焙烧温度对合成产物的物相、晶胞参数、表面形貌及电化学性能的影响。研究发现,焙烧温度为600℃时,合成产物的0.1 C倍率放电具有最高的放电容量和最好的循环稳定性。在0.1 C下LiFePO4/C复合材料的首次放电容量高达141.3 mAh/g,库伦效率为98.0%,100次循环后,其容量保持率为108.3%。     

Synthesis and characterization of LiFePO4／C composite used as lithium storage electrodes

LiFePO4/C composites with good rate capability and high energy density were prepared by adding sugar to the synthetic precursor, A significant improvement in electrode performance was achieved. The resulting carbon contents in the sample 1 and sample 2 are 3.06% and 4.95% (mass fraction), respectively. It is believed that the synthesis of LiFePO4 with sugar added before heating is a good method because the synthesized particles having uniform small size are covered by carbon. The performance of the cathodes was evaluated using coin cells. The samples were characterized by X-ray diffraction and scanning electron microscope observation. The addition of carbon limits the particles size growth and enables high electron conductivity. The LiFePO4/C composites show very good electrochemical performance delivering about 142 mAh/g specific capacity when being cycled at the C/10 rate. The capacity fade upon cycling is very small.     

Synthesis of Porous LiFePO4/C Composite Materials by CCVD Method

以C2H2为碳源,Fe为催化剂,纳米FePO4为原料,采用催化化学气相沉积法(CCVD)合成多孔LiFePO4/C正极材料。经BET、SEM、CHON有机元素分析仪、XRD等手段对复合材料进行结构分析表征。结果表明,该复合材料具有连续贯通的三维导电网络结构,大的比表面积以及多重孔隙的类球形结构,含碳量为4.42%(质量分数),低于传统碳热还原法所制备的材料。电化学测试表明,该材料在0.1、1、5、10 C倍率下,放电比容量分别为147,141,126,110 m Ah·g-1,高倍率充放电性能大大提高,另外,该材料1 C循环80次后,放电比容量基本没有降低,显示了良好的循环稳定性能。     

液氮淬火法制备高性能锂离子电池正极材料LiFePO4/C

以FePO4、Li2CO3和葡萄糖为原料,用液氮急速淬火法制备单一橄榄石结构的锂离子电池正极材料LiFePO4/C。结果表明:淬火使得LiFePO4晶格中产生Li空位,有利于提高其电子导电性。淬火样品的一次颗粒细小(100~500 nm),无明显团聚,并形成多孔结构;该样品在1C、2C和4C倍率下的首次放电比容量分别为151.4、138.0和116.7 mA.h/g,循环100次后的容量保持率高达99.3%、98.6%和94.5%。     

固相法合成原位碳包覆LiFePO4复合正极材料及其性能

以LiH2PO4和FeC2O4.2H2O为原料,聚乙烯醇为碳源,通过机械化学活化辅助固相法合成原位碳包覆的LiFePO4材料;考察合成温度对LiFePO4/C材料晶体结构、物理和电化学性能的影响。结果表明:700℃下处理的产物结晶良好、分布均匀、颗粒细小;在最佳的热处理条件下,热解碳在LiFePO4颗粒表面形成了良好的纳米导电层,LiFePO4/C材料在0.1C、0.5C、1C和2C倍率下放电比容量分别为155.7、150.1、140.1和130 mA.h/g,且材料在0.1～2C范围内充放电都有很平稳的平台,极化小,并具有较高的高倍率(2C)放电比容量和较好的循环性能。