关键词： 锂离子电池   正极材料   磷酸铁锂   高温固相法   碳包覆   掺杂改性  

摘要： 磷酸铁锂（LiFePO4）作为新型锂离子电池正极材料具有高安全性、低成本、高温性能好、环境友好等优点，并被认为是锂离子动力电池的首选正极材料，因而成为目前电池界竞相开发与研究的热点。但由于本身晶体结构的限制，纯净LiFePO4的电导性和离子扩散性能差，从而导致其实际比容量不高且大电流放电性能差，因此需从提高LiFePO4材料的电子传导性和离子传导性着手来对其进行改性研究。\n 本文利用球磨技术处理原材料，采用高温固相法制备LiFePO4，并对其进行碳包覆、Mg2+体相掺杂改性研究和电极制备工艺研究。应用TG-DTA、XRD、SEM、CV、EIS以及充放电测试等方法，系统地对其合成工艺、材料改性、结构表征、电化学性能以及电极制备工艺等方面进行了研究。\n 结果表明，掺入的碳不仅能有效防止Fe2+氧化为Fe3+，而且碳作为成核剂能防止材料颗粒长大，所得的碳包覆LiFePO4的晶粒形貌更规则、颗粒更细小且分布更均匀；随着含碳量的增大，材料的振实密度明显减小；碳含量和焙烧温度对材料的电化学性能有很大影响，从材料的实用化角度考虑，含碳量为6％，焙烧温度为650℃时，材料的电化学性能最优，首次放电比容量达143mAh·g-1。\n 在碳包覆的基础上，进行Mg2+体相掺杂改性后所制备的LiFe1-xMgxPO4/C材料，经过碳包覆租Mg2+体相掺杂的双重改性后，不仅比容量有所升高，而且材料的电压平台及循环性能明显改善；随着Mg2+掺杂量的增加，材料的质量比容量先增大后减小，其中x=0.04时，材料的电化学性能最优，首次放电比容量达153mAh·g-1。\n 研究了粘结剂（PTFE）含量、导电剂（乙炔黑）含量以及电解液对LiFePO4的电极性能的影响，结果表明，电极制备工艺对材料性能的发挥有重要影响：适合的粘结剂含量为6％；适合的导电剂含量为15％；在较低倍率0.1C下，三组分有机溶剂（EC：DEC：DMC=1：1：1）表现出更优良的性能，而在较高倍率1C下，二组分有机溶剂（EC：DMC=1：1）表现出更优良的性能；导电盐LiPF6的性能明显优于LiBF4。

关键词： 第一原理计算   密度泛函理论   橄榄石型磷酸铁锂   量子化学  

摘要： 锂离子电池具有比能量高、功率大、使用寿命长、安全性能好等优点，在手机、摄像机、笔记本电脑等便携式设备中已得到了广泛应用，在电动车领域也展示出了良好的应用前景，日益受到广泛关注。1990年S0ny公司使以钴酸锂为正极材料的二次锂离子电池实现了商品化，但由于钴资源短缺、价格偏高、有毒而限制其推广使用。相比之下，磷酸铁锂(LiFePO4)由于价格低廉，循环性和热稳定性好，对环境无污染，高比容量，高比能量等优点，使其成为最有希望取代钴酸锂的正极材料。但磷酸铁酸锂的导电性差，作为正极材料还无法与钴酸锂相比。为改善磷酸铁锂的电化学性能，国内外科研工作者进行了大量实验的研究。由于实验上可采用方法的较多，使得在实验上消耗了大量的时间、人力、物力和财力，但仍进展不大。\n 近年来，随着计算机软硬件的发展，几乎所有的化学性质都可以用定性或近似定量的计算形式来描述。对磷酸铁锂正极材料采用合适的理论方法进行计算，其结果能够解释实验结果和预测材料性能，通过总结一些普遍性规律，可以用于指导实验制备，这种研究方式已经引起研究者的广泛重视。本文采用第一原理密度泛函理论中的广义梯度近似法，对橄榄石型LiFePO4进行了理论计算，从电子结构上探讨了锂在嵌入正极材料后的存在形式，以及锂离子嵌入后对电极材料性能的影响，研究了铁位和磷位掺杂离子对锂离子电池导电性能的影响。\n 本文首先对锂在磷酸铁锂中的嵌入/脱出结构模型进行了理论研究，用第一原理密度泛函理论方法计算了磷酸铁锂和磷酸铁(LiFePO4/FePO4)的电子结构，计算结果表明磷氧原子间作用力最强，锂氧原子间作用力最弱，其说明该结构有利于锂离子在晶格中的自由移动，正极材料LiFePO4/FePO4锂离子电池的平均电压为3.6V，和实验值3.4V基本一致。从态密度分析可知，两者都是典型的半导体，但磷酸铁锂的的导电性比磷酸铁的导电性强，氧原子对总态密度的主要贡献靠费米能级价带一侧，Fe原子对总态密度的主要贡献靠费米能级导带一侧。\n 在充分了解了磷酸铁锂的性质后，本文首先通过第一原理计算研究了轻金属Mg、Al掺杂橄榄石LiFePO4的电子结构，对电子态密度的分析表明掺Mg能够较好增强LiFePO4.的导电性。理论计算的结果与前人实验的结果一致。理论计算能够为认识LiFePO4的结构，为开发高性能的正极材料提供理论依据。\n 本文通过第一原理进一步又计算研究了过渡金属离子Ti、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、掺杂橄榄石LiFePO4的电子结构，对电子结构和电子态密度的分析表明掺杂Ti、Cr、Mn能够较好增强LiFePO4的导电性。理论计算的结果与前人实验的结果一致。\n 最后本文又采用第一原理计算研究了A，B，C离子掺杂LiFePO4的电子结构。对掺杂后橄榄石型LiFePO4的电子结构和态密度的分析表明在磷位进行A，B，C掺杂后均能提高锂离子的离子导电性，掺杂B，C会减弱LiFePO4的电子导电性，掺杂A对电子导电性几乎没有影响，故认为在磷为掺杂适量的A能提高LiFePO4.

关键词： 锂离子电池   正极材料   磷酸铁锂  

摘要： 综述了橄榄石LiFePO4的晶体结构,重点讨论了近年来各种合成LiFePO4的制备方法以及改性研究,并对其发展方向作出了展望。

关键词： 磷酸铁锂   微波合成法   电化学性能   铁位掺杂   锂离子电池   正极材料  

摘要： 在高速发展的现代社会中，特别是在石油、煤、天然气等传统能源不断开采、资源日益枯竭的今天，锂离子电池作为一种对环境友好的替代能源受到人们的普遍重视，它以其工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电小、无记忆效应和“绿色”环保等优点而成为可移动电源的首选。磷酸铁锂作为新型的锂离子电池正极材料，具有较高的理论比容量和工作电压、优良的循环性能、较好的热稳定性、价格便宜、环境友好等优点已受到人们的广泛关注。但由于其晶体结构的限制，磷酸铁锂具有极低的电子电导率，这也是限制其应用的最大阻碍。\n 本文在详细评述了锂离子电池及其研究进展的基础上，对磷酸铁锂的合成和改性进行了详细研究。采用微波结合溶胶凝胶法合成LiFePO4，研究了合成条件对LiFePO4结构和电化学性能的影响，并尝试了对材料进行掺杂改性。通过X射线衍射(X-Ray Diffraction)分析了合成产物的结构晶型，扫描电镜(Scanning Electron Microscope)观察了材料的形貌，恒流充放电测试研究了合成材料的比容量和循环性能。\n 实验采用FeC2O4·2H2O、LiNO3、NH4H2PO4作为原料，通过正离子掺杂的方法对其进行改性。采用Zn2+对LiFePO4进行铁位掺杂，比较他们的充放电性能和循环性能。研究结果表明，LiFePO4的掺杂物具有较好的充放电性能和循环性能。同时分别采用质量分数1％、3％、5％Zn2+掺杂比例，比较它们对LiFePO4的性能改进效果，实验表明，Zn2+掺杂比例在3％时，首次充放电容量首次达到了152mAh·g-1(0.

关键词： 锂离子电池   正极材料   磷酸铁锂   合成方法  

摘要： 介绍了锂离子电池正极材料LiFePO4的结构特征和电化学过程。评述了近年来制备LiFePO4的各种方法,包括固相法,液相法(水热法、液相共沉淀法等),微波法等。橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)理论比容量为170 mA.h/g,电压为3.5V(***/Li+),环境友好,成本低廉,热稳定性较好,可望成为锂离子蓄电池的新型正极材料。

关键词： 锂离子电池   正极材料   磷酸铁锂   掺杂  

摘要： 以柠檬酸为碳掺杂剂，通过高温固相反应于不同煅烧温度（500℃-800℃）下合成LiFePO4／C锂离子电池复合正极材料，X-射线衍射和恒电流充放电等测试表明：通过碳掺杂可有效地提高磷酸铁锂的电性能。在700℃下煅烧所得样品具有最高放电比容量，以0.2C倍率充放电，首次放电比容量为138．6mAh／g，以2．0C倍率放电，其放电比容量为117.2mAh／g，且该复合材料的循环性能好。

关键词： 无机非金属材料   磷酸铁锂   共沉淀   湿法合成   电化学性能  

摘要： 结合共沉淀原理和腐蚀电化学原理,提出了一种合成LiFePO_4的新方法.对新方法合成路线中的反应物、添加物以及热处理条件作了实验分析,并用XRD分析了LiFePO_4的晶体结构和晶粒尺寸分布,用SEM分析了形貌,用充放电测试技术分析了材料的比容量及其电化学性能.结果表明:新方法在合成中不引入其它杂质离子,避免了常规共沉淀合成工艺中过滤、洗涤等过程对LiFePO_4前驱体的不利影响.用新方法制备的LiFePO_4晶粒分布在20-70 nm,在0.1C下首次放电容量为147 mAh/g.新方法有利于对LiFePO_4的Mg^(2+)掺杂改性,明显地提高LiFe_(1-x)Mg_xPO_4的电化学性能.

关键词： 锂离子可充电电池   钠离子电池   磷酸铁锂   凝胶聚合物电解质   微电池  

摘要： 近年来,锂离子可充电电池的发展一直倍受人们关注。其最主要的发展趋势是锂钴/镍氧化物将逐步替代锂钴氧正极材料,并且聚合物电解质电池也正在投入生产。而将来的发展趋势很可能是研发新的正极材料和电解液以降低电池的成本和提高电池的安全性能。本文对锂离子电池的发展历史及最新发展状况进行综述及评论。

关键词： 磷酸铁锂   锂离子电池   正极材料   F掺杂  

摘要： 用廉价三价铁离子化合物为铁源,聚丙烯作还原剂和碳源,两步固相法合成F掺杂原位碳包覆LiFePO_4正极材料.结果表明,合成产物具有完整的橄榄石型LiFePO_4晶体结构,粉末形状近似球形,尺寸分布在50～200nm范围内,两步固相法更好地抑制了LiFePO_4晶粒的长大.电化学测试结果表明,F掺杂提高了材料倍率放电性能,有效降低了材料电极的极化.在1C,2C,3C(C为150mA/g)充放电倍率下,LiFePO_(3.98)F_(0.02)/C的比容量分别为146mAh/g,137mAh/g,122mAh/g,1C循环55次后放电容量达到初始容量的99.3%.

关键词： 磷酸铁锂   锂离子电池   制备方法   正极材料   固相合成工艺   惰性气氛   混合均匀   加热速率  

摘要： 本发明涉及一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法。采用机械固相合成工艺来制备，将金属铁粉、磷酸铁、磷酸锂、搀杂元素磷酸盐和导电剂或导电剂前驱体混合均匀，置于填充惰性气氛的球磨容器中，球磨18．36小时；所得球磨产物放人高温炉，在氮气或氩气等惰性气氛中，以10—30℃／min加热速率升温，于450-750℃恒温培烧10．60min，然后以10．30℃／min降温速度冷却至室温，制得磷酸铁锂粉末或搀杂磷酸铁锂粉末。