改性锂离子电池正极材料Li5FeO4的制备及改性研究

摘要

本文的主要工作内容是研究锂离子电池正极材料Li5FeO4的掺杂改性,以改善电池正极材料的电化学性能。研究了反萤石型Li5FeO4固相法制备工艺的优化,分别研究了Co和CNT掺杂铁酸锂的制备工艺,Mn和CNT掺杂铁酸锂制备对反萤石型铁酸锂晶体结构和电化学性能的影响,并且进行了Li3V2(PO4)3/PANI的制备及其表征,通过表征结果分析了掺杂改性的作用机理。
　　主要实验内容如下:
　　1、利用FTIR,X-raydiffraction(XRD),scanningelectronmicroscope(SEM)以及充放电测试等方法研究了反萤石型Li5FeO4制备工艺的优化。以LiOH·H2O和Fe(NO3)3·9H2O作为合成了反萤石型Li5FeO4正极材料的锂源和铁源,并与其它锂源和铁源进行了分析比较。在以LiOH·H2O和Fe(NO3)3·9H2O作为锂源和铁源的基础上,进一步考察了原料的最佳配比(Li/Fe),最终确定TLiOH·H2O和Fe(NO3)3·9H2O是合成反萤石型LisFeO4的最佳原料。
　　2、采用固相法经过两步制备TLi5Fe1-xCoxO4/CNT锂离子电池正极材料。这个过程包括以下步骤:将原料LiOH·H2O,Fe(NO3)3·9H2O和Co(YO3)2·6H2O充分混合并且仔细研磨,先在470℃条件下烧结10小时制备前躯体,然后再在750℃条件下烧结3小时。为了提高材料的导电性,向Li5Fe1-xCoxO4中加入碳纳米管,制备Li5Fe1-xCoxO4/CNT复合材料。所得样品进行红外光谱(FTIR),x-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及电池的充放电测试。研究结果表明,碳纳米管可以显著改善Li5Fe1-xCoxO4的电化学性能,更为重要的是本研究中观察到碳纳米管的引入能够影响样品的粒径大小。
　　3、采用固相法经过两步制备Li5Fe1-xMnxO4/CNT锂离子电池材料。这个过程包括以下步骤:将原料LiOH·H2O,Fe(NO3)3·9H2O和Mn(CH3COO)2·4H2O充分混合并且仔细研细,先在470℃2条件下烧结10小时,紧接着在750℃条件下烧结3小时。为了提高材料的导电性,向Li5Fe1-xMnxO4中加入碳纳米管,制备Li5Fe1-xMnxO4/CNT复合材料。所得样品进行红外光谱(FTIR),x-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及电池的充放电测试。研究结果表明,碳纳米管可以改善Li5Fe1-xMnxO4的电化学性能,重要的是本研究中观察到碳纳米管的引入能够改变样品的粒径大小。
　　4.采用固相凝胶法制备锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3/PANI.按摩尔出n(Li):n(V):n(P):n(oxalicacid)=3:2:3:2称取LiOH·H2O,V2O5,NH4aH2PO4和草酸并且均匀混合,用稀盐酸溶解混合物。然后向其中加入不同质量百分数的苯胺,分别为5％,7％,10％,在60℃下磁力搅拌之生成蓝绿色溶液,蒸干后得到绿色凝胶,凝胶于80℃条件下干燥至形成疏松多孔的绿色干凝胶用玛瑙研磨后于空气气氛300℃预处理4h,以除去NH3,CO2,H2O,得到的产物继续研磨,然后利用碳保护煅烧法在800℃的马弗炉内煅烧4h,以防产物被氧化,冷却后研磨成粉末,这样掺杂不同质量分数(5％,7％，10％)苯胺的Li3V2(PO4),3的样品通过上述实验制得,Li3V2(PO4,)3的制备如上所述。在实验之中加入苯胺,苯胺还可以充当还原剂,把V5+还原为V3+。生成的导电聚合物聚苯胺还可以提高了正极材料的电导率。