络合剂对磷酸铁锂正极材料形貌影响及其电化学性能研究

摘要

磷酸铁锂作为正极材料具有低耗、无毒、高比容量以及较好的安全性等一系列优点，在1997年Goodenough等首次提出了之后，就受到了广泛的关注。研究发现磷酸铁锂的低导电性和低离子扩散速率严重限制了磷酸铁锂的应用。目前，研究人员通过碳包覆、离子掺杂、形貌改善这三种途径进一步改善电化学性能。本文通过溶剂热合成法，采用不同的溶剂、不同的络合剂，在不同温度下合成特殊形貌的磷酸铁锂，以形貌改善为方向，提高磷酸铁锂正极材料的电化学性能。本文的主要内容如下： （1）以柠檬酸为络合剂，采用乙二醇和乙二醇/异丙醇两种溶剂体系合成了纯相的磷酸铁锂。研究表明，以乙二醇为溶剂合成的磷酸铁锂产物具有较佳的形貌和电学性能，140℃合成的最佳样品为粒径4 um左右的细胞状颗粒，0.1C倍率下首次放电比容量可达到143.42 mAh/g，20次循环后容量保持率为93%。 （2）以乙二醇为溶剂，采用山梨酸、苯甲酸、油酸为络合剂分别合成除了具有特殊形貌的磷酸铁锂产物，XRD衍射分析结果显示产物均为纯相磷酸铁锂。扫描电镜SEM结果显示，山梨酸体系和苯甲酸体系的产物为哑铃状结构的颗粒，油酸体系的产物为梭状的颗粒。样品电池的电学测试结果显示，山梨酸体系最佳性能的样品0.1C倍率首次放电比容量为119.54 mAh/g，20次循环后容量保持率为83%；苯甲酸体系最佳性能的样品0.1C倍率首次放电比容量为122.15 mAh/g，20次循环后容量保持率为90%；油酸体系最佳性能的样品0.1C倍率首次放电比容量为130.81 mAh/g，20次循环后容量保持率为88%。 （3）通过改变合成温度合成磷酸铁锂，以分析合成温度对产物形貌及其电化学性能的影响。本实验采用了120℃、140℃、160℃三种合成温度，实验结果表明，以柠檬酸、山梨酸、苯甲酸为络合剂的体系中，140℃合成的产物具有最规整的形貌，以油酸为络合剂的体系中120℃的产物具有最规整的形貌。电学测试的结果显示，样品的形貌决定着其电学性能，最规整形貌的产物组成的样品电池具有最佳的电化学性能。

目录

络合剂对磷酸铁锂正极材料形貌影响及其电化学性能研究

Effect of complexing agent on morphology and elec

1.2.1 锂离子电池的发展史

1.2.4 锂电池的性能概述

1.2.3锂离子电池的工作原理

1.3锂离子电池的正极材料

1.3.2 镍系正极材料

1.3.3 锰系正极材料

1.3.5 铁系正极材料

1.4.1 磷酸铁锂的结构特征与性质

1.4.3 磷酸铁锂存在的问题和改性方法

1.5 本文研究目的和主要内容

2 试验方法

2.2 实验仪器

2.4 样品的电化学性能测试分析

2.4.3 模拟电池的组装

3 溶剂对磷酸铁锂形貌及其电学性能的影响

3.2 结果与讨论

3.2.1 物相表征及形貌分析

3.2.2 电化学性能分析

3.3 本章小结

4 山梨酸为络合剂对磷酸铁锂正极材料形貌及其电学性能的影响

4.2 结果与讨论

4.2.2 电化学性能分析

4.3 本章小结

5.1磷酸铁锂正极材料的制备

5.2 结果与讨论

5.2.2 电化学性能分析

5.3 本章小结

6.1磷酸铁锂正极材料的制备

6.2.1 物相表征及形貌分析

6.2.2电化学性能分析

6.3 本章小结

7.1 结论

7.2 存在问题和展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士研究生学习阶段研究成果