LiFeP4复合正极材料的结构与性能.doc

LiFeP04/C复合正极材料的结构与性能 ：吕正中周震涛 考察LiFeP04/C复合正极材料的结构与性能，采用高温岡相法制备了纯的LiFeP04 和复合型LiFePO4/C锂离子虫迆正极材料，利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、原 子吸收光谱(AAS)等方法对所得样品的品体结构、表观形貌、粒径大小和元素组成等进行了 分析研究。实验结果表明，所得LiFeP04和LiFeP04/C均为单一的橄榄石型晶体结构，艽 中，以葡匈糖作为碳添加剂所权到的LiFeP04/C兌合材料的电性能佳。该材料具冇良好 的充放电循环可逆性能和高温电性能，以C/10和1C的倍率充放电，酋次放电比界景分别 为156.5mAh/g、147.8mAh/g,充放电循环10次后的T均放电比界景分别为155.3mAh/g、 145.2mAh/go 关键词:锂离子电池；LiFePO4；正极材料；S合材料 橄榄石型磷酸铁锂LiFePO4被汄为足极有应用潜力的锂离子电池正极材料，特别足锂离子 动力电池的正极材料之一［1-2］,但纯LiFePO4的离了传导率和电了?传导率均较低，而.R.在 充放电时，Li+在LiFePO4-FePO4两相之间的扩散系数也不大。国外的研究工作主要是改 善该材料的导电性能［3-5］。 本文通过在LiFePO4制备过程中添加导电碳黑提高其导电性能，并研究了添加方式对 LiFePO4/C笈合材料的晶粒形貌、粒径大小和分布及电性能的影响。 1实验 1.1样品的制备 以FeC2O4,2H2O、Li2CO3和(NH4)2HPO4(均为分析纯)力原料，乙炔黑(焦作产)和葡萄糖 (分析纯，广州产)作碳添加刑，采用高溫固ffl法制备LiFePO4和LiFePO4/C正极材料。按 物质的量比为1： 1： 0.5分别称取3份一定量的FeC2O4.2H2O、(NH4)2HPO4和LI2CO3, K中一份用来制备纯的LiFePO4(样品编号为A)，在另两份屮分別加入一定景的乙炔黑和葡 萄糖(样品编号为B.C),原料经球磨机球磨浞合均匀在鉍气气氛屮于30CTC下加热12h, 使之分解，冷却后充分研磨，在一定压力下压成块，在氮气氛中于650°C K煅烧24h，冷却、 研磨后得样品。 1.2实验电池的组装及测试 以样品为正极活性物质，组装成双电极实验电池。正极膜的 组成为m（活性物质）：炔黑）：m（聚四氟乙烯）=80: 15: 5,厚度将正极膜滚 压在不锈钢网上制成正极片；以金属锂片作为负极；隔膜为进口聚丙烯微孔膜（Celgard 2300）；电解液为1mol/LLiPF6/碳酸乙烯顺EC）+碳酸二甲酯（DMC）（体积比1: 1），在相对 湿度＜2%的手套箱中组裝成实验电池。电池的充放电性能测试在室温或60°C下进行，用 BS-9300型二次电池性能检测仪（广州擎天实业）进行充放电循环测试，充放电倍率为C/10 或1C,充电终士电压为4.2V（vs.Li/Li+，下同），放电截止电压为3.0V。 1.3样品的物理性质表征 用Siemens D500型X射线衍射仪（XRD）对所得样品进行晶体结构分析。Cu靶的Ka为辐 射源，管电压36kV,扫描范围20=10?60°,扫描速率27min。用Hitachi S-550型扫描电 子显微镜（SEM）对样品的形貌进行分析。 1.4样品的元素組成测试 用GFU-202型原子吸收分光光度计（北京产）测定样品中Li、Fe和P3种元素的含量。 LiFePO4/C S合材料中碳含量的测定是把样品溶于5.0mol/L的盐酸中，将溶液过滤，用蒸 馏水洗涤残留物，然P干燥称重。 2结果与讨论 2.1样品的XRD分析 图1为各样晶的XRD图。从XRD图可以看ih, 3个样品均为单一的橄榄石型晶体结构， 其品胞参数 a = 1.032 9 nm、b =0.601 nm、c = 0.469 4 nm ,品胞体识 V = 0.291 nm3 , 与文献［6］报道的相吻合。由于所添加的碳的含景不高，在LiFePO4晶粒表所包覆碳的景 很少，因此，在XRD阁上观察不到品态或无定形态碳的衍射峰，同时也说明，添加碳不会 影响LiFePO4的品体结构。 210 20 2 10 20 30 40 SO 60 ier a Sample A b Sai^le 3 c Saiapje C 图1样品的XRD图 2.2样品的扫描电镜结果 图2为样品的SEM图。从图2a可以看出，纯的LiFePO4样品晶粒棱角比较分明，粒径 分布较宽；而在LiFePO4/C复合材料屮（见|句2b和网2c） , LiFePO4的晶粒明显变小， 而且粒径分布较窄，特别是以葡萄糖作为碳添加剂所得LiFePO4/C复合材料（见图2c）的 品粒形貌较规则，粒径在1?2pm之间，碳均匀地分布在品粒