LiFePO4 电极材料调研知识讲稿.ppt

磷酸铁锂锂离子二次电池文献调研初步 山东大学化学电源研究中心 王连成 目录 研究背景 磷酸铁锂优点 磷酸铁锂缺点与解决途径 磷酸铁锂的合成方法 磷酸铁锂的复合 元素掺杂 新能源材料，二次电池，锂电池的研究意义： 新能源和“碳政治”。 能源的利用离不开二次电池。 锂电池。 常见锂离子电池现状 市售锂电池正极材料主要为LiCoO2, 部分为LiMn2O4, LiNiO2 LiCoO2中Co为战略资源，Co毒性大，易造成污染 过充（如 Li1-xCoO2, x 0.6）安全问题。形成过渡金属氧化物如CoO2催化能力强，适合作为小容量单体电池使用。 LiFePO4的优点 成本低廉，来源广泛。 安全性好。 电压较为平稳（3.4V VS Li+/Li） 较高的能量密度和理论容量。550Wh/Kg VS LiCoO2 120～150W h/kg） 环境友好 CN200910115381.7 A. K. Padhi, K. S. Nanivndaswamy and J. B. Goodenough, J Electrochem.Soc., 1997, 144, 1188-1194. （1064 times cited） 中国专利检索：以“磷酸铁锂”题名检索144项 Web of scienc：以LiFePO4检索有1100条结果 50次引用以上有60篇左右 Crystal sfructures of (a)LiFePO4 and (b) FePO4. D162h Pmnb点群 LiFePO4 - xLi = xe + Li1-xFePO4 FePO4 + xLi + xe = xLiFePO4 + (1- x)FePO4 A. K. Padhi, K. S. Nanivndaswamy and J. B. Goodenough, J Electrochem.Soc., 1997, 144, 1188-1194. S. Andersson and J. O. Thomas, J. Power Sources, 2001, 97-98, 498-502. Xia Y, Yoshio,M and Noguchi H. Electrochim acta 2006,52 240 纳米化可以降低锂离子扩散路径，提高容量 而提高比表面积可以降低颗粒尺寸 Xia etc. LiFePO4 24.1 m2/g 在 5C情况下依然能达到115 mAh/g 纳米化磷酸铁锂可行路线：水热溶剂热手段。2001年首次报道 缺点及其解决办法 缺点 导电性差 。低温性能差。其带宽为3.7 eV的半导体. 锂离子扩散速度较慢。 振实密度较低。 动力电池，一般要求10C以上放电。 解决办法 缩短锂离子扩散路径，提高电子导电率 降低LiFePO4颗粒尺寸 包覆碳层。 包覆导电金属层或金属化合物层 与导电聚合物复合 2.元素掺杂 金属离子掺杂。Li位，Fe为掺杂 阴离子部分取代，F掺杂 M. M. Doeff, Y. Q. Hu, F. McLarnon and R. Kostecki, Electrochem. Solid State Lett., 2003, 6, A207-A209. A. Yamada, M. Hosoya, S.-C. Chung, Y. Kudo, K. Hinokuma, K.-Y. Liu and Y. Nishi, J Power Source, 2003, 119-121, 232-238. 碳包覆专利实例 石墨烯与磷酸铁锂复合 将graphene （1～2.5%）与磷酸铁锂煅烧。导电率提高五个数量级。磷酸铁锂与石墨烯由化学键合的界面连接，所得正极材料的振实密度高（1.8g/cm3）1C为150 mAh/g, 20C为100 mAh/g。左右。（江苏省） 高石墨化碳包覆LiFePO4： 将原料FePO4和锂源化合物，碳源化合物和二茂铁催化剂混合，球磨介质球磨8～12h，催化剂促使其形成石墨化结晶程度更好的碳包覆膜。C约1%，0.1C 168 mAh/g， 10C135 mAh/g 　 碳纳米管内嵌LiFePO4: 可以实现持续30C放电，脉冲100C放电的要求。 CN200910052413.3，CN200910039740.5，CN200910098986.X，CN200810124253.4 万立骏公开了一种将磷酸铁锂纳米颗粒均匀分散在由碳纳米颗粒组成的导电网络之中。该磷酸铁锂/碳纳米复合物在60C下有45 mAh/g的比容量。（CN200810116697.3 ） 比亚迪采用两步法将碳添加磷酸铁锂中：首先将锂源、二价铁源、磷源和有机