关键词： 锂离子电池   正极材料   磷酸铁锂   微波合成   改性处理  

摘要： 本论文首先综述了锂离子电池正极材料的研究历史和现状，重点回顾了LiFePO<,4>最近几年的研究成果，分析指出了LiFePO<,4>尚需解决的问题和未来的研究方向。由于传统的高温固相法合成LiFePO<,4>需要长时间的高温烧结和通保护性气体，成本高，在一定程度上阻碍了其实际应用，因此结合最近几年微波加热技术在无机固体化学中的应用和进展，作者提出了一条旨在节约能源和降低生产成本的合成LiFePO<,4>的工艺路线——微波法。此外，阻碍LiFePO<,4>实际应用的另一大难题是纯相的LiFePO<,4>导电性能差，尚不能满足实际应用的要求，因此，在微波合成LiFePO<,4>的基础上，初步探讨了C包覆和金属离子掺杂对LiFePO<,4>电化学性能的影响。\n 通过选购合适的家用微波炉并对其进行适当的改造，设计适合本工艺路线的微波化学反应器，通过大量试验，成功实现了微波法合成LiFePO<,4>。实验结果表明，采用LG公司生产的一款家用微波炉(WD700)，配合以聚四氟乙烯为材料制作的合成腔体和双坩埚反应容器，不仅成功合成了LiFePO<,4>，而且保证了实验结果的重现性。\n 在此基础上，考察了前驱体的制备方式、微波输出功率、微波加热时间、微波加热制度以及Li/Fe值等对LiFePO<,4>的影响，特别是对其电化学性能的影响。实验结果表明，在本实验体系下，最佳的工艺参数为：前驱体采用机械球磨制备、微波输出功率560W、微波加热时间8min。同时，实验还指出，采用两段微波加热法有可能合成出性能更加优异的LiFePO<,4>；Li<,2>CO<,4>在微波加热过程中基本不会挥发。 \n 最后对LiFePO<,4>进行了改性初探，包括C包覆和金属离子掺杂。实验结果表明，以乙炔黑为C源，掺杂8wt％所得的LiFePO<,4>/C首次放电容量达到了148.44mAh·g<\'-1>，十次循环之后保持144.74 mAh·g<\'-1>，容量保持率为97.51％；金属Cr<\'3+>掺杂对提高LiFePO<,4>的电化学性能效果显著；采用共沉淀方式掺杂合成的Li<,0.99>Cr<,0.01>FePO<,4>的首次放电容量达到了153.59 mAh·g<\'-1>，十次循环之后保持149.29 mAh·g<\'-1>，容量保持率为97.

关键词： 锂离子蓄电池   正极材料   LiFePO4   液相沉淀   碳热还原  

摘要： 以FeSO4·7H2O、NH4H2PO4和H2O2为初始原料,通过液相沉淀法制得前驱体FePO4,然后通过碳热还原制得LiFePO4。我们采用两种加碳方式:a、先制得FePO4,然后加炭黑混合高温合成LiFePO4;b、先把炭黑分散在液相中,然后通过液相沉淀制得含碳的FePO4,再高温合成LiFePO4。SEM(扫描电子显微镜)分析表明:方法b制备的FePO4颗粒比方法a制备的FePO4颗粒细小。在其它条件相同的情况下方法b合成的LiFePO4的电化学性能要优于方法a合成的电化学性能。采用方法b于560℃煅烧12h制备的LiFePO4在0.1C放电倍率下其比容量为149mAh/g,而当放电倍率达到1C时,放电比容量为124mAh/g,且具有良好的循环性能。

关键词： 磷酸铁锂   金属氧化物   掺杂   电化学性能  

摘要： 采用MoO3氧化物前驱物对磷酸铁锂(LiFePO4)进行少量的掺杂,并用XRD、SEM、CV及恒流充放电测试对产物进行了研究。研究表明,少量的掺杂并未影响到LiFePO4的晶体结构,但却能够在一定程度上改善LiFePO4的电化学性能。其中650℃焙烧的1%Mo掺杂的LiFePO4材料性能较好,该材料在以0.2C的倍率充放电时,充放电曲线具有平稳的电压平台和较大的充放电容量,首次放电容量能达到143mAh·g-1,循环50周后仍具有129mAh·g-1的容量。在此种材料中添加10%乙炔黑(质量分数)后首次放电容量能达到158mAh·g-1,充放电循环50周后,容量为145mAh·g-1,衰减较少。后者在以0.5C和1.0C的充放电倍率下,分别具有145mAh·g-1及130mAh·g-1的初始放电容量。

关键词： 特种功能材料   材料技术   烯烃聚合催化剂   稀土永磁材料   二氧化碳共聚物   主题   无机功能材料   稀土发光材料   磷酸铁锂   锂离子电池  

摘要： 1:12型稀土铁氮新材料体系、新型烯烃聚合催化剂、磷酸铁锂等新型正极材料、二氧化碳共聚物的工业化合成、超分子插层无机功能材料5项原创性成果在国际上产生重要影响;稀土永磁材料、锂离子电池、片式元器件、镀膜玻璃、稀土发光材料、催化技术应用等领域突破多项关键技术,引导、促进形成6个年产值达数十亿元的大型新材料产业集团,特种功能材料走出了一条以自主创新带动产业发展的新道路。

关键词： 磷酸铁锂   控制结晶   微波   碳热还原  

摘要： 应用控制结晶法从溶液相制备球形***2O,再高温烧结得到FePO4前驱体,最后用微波碳热还原法合成高密度L iFePO4/C.由XRD和SEM表征该材料的结构、形貌,并测试其电化学性能.

关键词： 特种功能材料   材料技术   烯烃聚合催化剂   稀土永磁材料   二氧化碳共聚物   主题   无机功能材料   稀土发光材料   磷酸铁锂   锂离子电池  

摘要： 1:12型稀土铁氮新材料体系、新型烯烃聚合催化剂、磷酸铁锂等新型正极材料、二氧化碳共聚物的工业化合成、超分子插层无机功能材料5项原创性成果在国际上产生重要影响;稀土永磁材料、锂离子电池、片式元器件、镀膜玻璃、稀土发光材料、催化技术应用等领域突破多项关键技术,引导、促进形成6个年产值达数十亿元的大型新材料产业集团,特种功能材料走出了一条以自主创新带动产业发展的新道路。

关键词： 正极材料   铁位掺杂   碳包覆   磷酸铁锂   锂离子电池   掺杂改性  

摘要： 橄榄石结构的LiFePO<,4>具有高安全性、无毒、价廉等优点，被认为是极具发展潜力的锂离子电池正极材料。然而其电导率极低，电极过程受扩散控制，因此须对其进行改性研究，以提高它的电导率和锂离子扩散能力。\n 采用高温固相法制备了铁位掺镍的改性磷酸铁锂正极材料。系统地研究了掺镍量、反应温度及反应时间对掺杂改性材料的物理性能及电化学性能的影响，获得了最佳工艺条件，合成了性能优于纯相LiFePO<,4>的LiFe<,0.9>Ni<,0.1>PO<,4>材料。\n 对磷酸铁锂正极材料同时进行铁位掺镍和表面包覆碳的复合改性。研究了不同碳源及掺碳量对LiFe<,0.9>Ni<,0.l>PO<,4>／C复合材料性能的影响。复合改性后的材料仍保持橄榄石结构。当碳源为抗坏血酸与山梨酸的混合物(摩尔比为1：1)，含碳量为2.8％时，以10mA·g<\'-1>电流密度对LiFe<,0.9>Ni<,0.1>PO<,4>/C充放电，首次放电比容量达163mAh·g<\'-1>，达到理论容量的97％。在1C充放电倍率下依然保持着较高的容量和很好的循环性能，较LiFe<,0.9>Ni<,0.

关键词： 锂离子电池   正极材料   锰酸锂   磷酸铁锂   共沉淀法  

摘要： 本论文首先采用机械化学法及后续热处理法合成了锂离子电池正极材料尖晶石锂锰氧化物并对其进行了掺锂与掺铁的研究，然后采用低温共沉淀法合成了新型锂离子电池正极材料LiFePO<,4>并对其进行了掺碳改性的探索性研究。\n 在机械化学法合成锂锰氧化物过程中，探讨了锰源对锂锰氧化物结构、形貌以及电化学性能的影响。结果表明，以EMD为锰源得到的产物具有最高的放电比容量和较好的循环性能，其首次放电比容量为131．44mAWg，循环7次后比容量为129．23mAh／g；而以．Mn<,2>O<,3>为锰源合成的产物则具有标准八面体外形。开展了以Mn<,3>O<,4>和Li<,2>CO<,3>为原料制备LiMn<,2>O<,4>的研究，研究了热处理制度、掺锂、掺铁对产物结构和电化学性能的影响。结果表明，合适的热处理制度为800℃下热处理6小时。掺锂、掺铁后产物的比容量有所下降，但循环性能有所提高。综合考虑比容量和循环性能，掺锂样品中以Li<,1．02>Mn<,198>O<,4>性能较佳；掺铁样品中以Li<,1.02>Fe<,0.06>Mn<,1.

关键词： 锂二次电池   正极材料   磷酸铁锂   合成机制   电化学性能  

摘要： 锂二次电池因其高比能量、高工作电压、宽温度范围、长循环寿命、低自放电率等优点，已经在移动通讯、便携式电子产品中得到广泛应用，且有望作为动力电池用于电动汽车、混合动力汽车等领域。由于锂二次电池的主要性能是由正极材料决定的，因此开发性能卓越的锂离子电池正极材料成为锂二次电池研究的热点之一。在目前商用化的二次电池中，正极材料主要是层状化合物钴酸锂和尖晶石结构锰酸锂，但是钴酸锂价格昂贵、有毒性，锰酸锂容量衰减严重、高温性能差。因此，具有高比能量、宽温度范围、环境相容性好的磷酸铁锂成为锂二次电池正极材料的研究热点。磷酸铁锂主要是通过化学合成的方法得到，如固相法和湿法。固相法合成磷酸铁锂时，合成温度高、保温时间长，且所得磷酸铁锂电化学性能较差。湿法合成的磷酸铁锂可以进行粒径和形貌控制，有利于提高磷酸铁锂的振实密度和电化学性能。因此，对磷酸铁锂的合成方法及其对电化学性能的影响进行深入研究具有重要的意义。 本文以硫酸亚铁、磷酸、氨水和氢氧化锂为原料，通过两步沉淀法，先合成球形磷酸亚铁，然后制备磷酸锂包裹磷酸亚铁前驱体;再经高温焙烧，合成了橄榄石型磷酸铁锂，对球形磷酸铁锂制备工艺过程及其电化学特性进行了系统研究。 通过扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)、热重-差示扫描量热(TG-DSC)和X射线衍射(XRD)对球形磷酸亚铁的粉体形貌、官能团、热处理制度和晶体结构进行研究;采用SEM和XRD研究了前驱体、磷酸铁锂的形貌和晶体结构;采用FTIR、XRD、TG-DSC和X射线能谱(EDS)研究了磷酸铁锂的形成机理。实验结果显示，采用0.42mo／L的硫酸亚铁溶液和0.28mol／L的(NH)PO溶液混合反应，控制其pH在6.0～6.5之间，得到具有无定形结构、含有8个结晶水的球形磷酸亚铁;然后在磷酸亚铁表面包覆磷酸锂，得到前驱体;最后，将前驱体置于氮气和氢气保护下于500～800℃焙烧5～10h合成球形磷酸铁锂、磷酸铁锂／碳复合材料。上述条件是合成球形磷酸亚铁的最佳工艺。复合材料中的碳由能谱(EDS)测定，其含碳量分别为2％和10％(wt％)。 采用多通道恒电位／电流仪(VMP2)测量LiFePO与LiFePO／C的电化学性能：利用循环伏安法(CV)测量LiFePO与LiFePO／C嵌锂／脱锂插层反应的可逆性，利用交流阻抗测试模拟电池中磷酸铁锂与电解液的界面状况。采用力兴电池程控测试仪(PCBT-100)测量LiFePO与LiFePO／C的循环寿命、比容量、工作电压平台等。结果表明，LiFePO与LiFePO／C的放电平台均在3.4V左右，且LiFePO／C比LiFePO具有更优良的电化学性能，磷酸铁锂的比容量随着碳含量的增加而升高。磷酸铁锂的电化学性能受热处理制度影响显著，700℃保温10h制备的磷酸铁锂比容量较高，经多次充放电后容量保持率最好。

关键词： 锂离子电池   正极材料   磷酸铁锂  

摘要： 近年来,橄榄石型结构的磷酸铁锂（LiFePO4）由于原料来源广泛、价格便宜、环境友好,用作正极材料时具有热稳定性好、循环性能优良等突出特点,成为最有前途的正极材料之一。但是,LiFePO4材料非常低的电导率成为其进一步应用的障碍。本文针对这个问题,系统地研究了合成温度、碳包覆、金属离子体相掺杂对正极材料LiFePO4结构和性能的影响,从而寻找出提高材料电导率的途径。 研究表明,采用高温固相法合成出正极材料LiFePO4,样品在550℃750℃随着温度的升高材料颗粒逐渐减小,相应比容量增加;但是温度继续升高到850℃时,颗粒发生团聚,容量迅速衰减。750℃合成的正极材料LiFePO4具有合理的粒径和较窄的分布,所以具有最佳的电化学性能。 研究表明,采用碳包覆的方法能有效控制LiFePO4在合成过程中颗粒尺寸的长大,得到了细小均匀的晶粒尺寸,并且细小的碳颗粒紧密的包覆在材料的颗粒周围,能减小电极的反应电阻,降低材料的极化程度,提高材料的电化学性能。通过实验比较了不同的碳的前驱体的掺杂效果,包括乙炔黑、聚丙烯酰胺（PAM）、酚醛树脂和葡萄糖,结果表明掺10%的葡萄糖得到的包覆效果最好,0.1C电流放电其比容量可达到132.9mAh/g,高倍率充放电性能也优于未包覆碳的样品。研究表明,通过向体相掺杂少量的金属离子,包括Mg2+、Zn2+、Al3+,均能够从颗粒内部提高LiFePO4的电导率,在表面包覆碳的基础上进一步改善LiFePO4正极材料的电化学性能,其中Li0.94Mg0.06FePO4首次放电比容量可达141.9mAh/g, Li0.93Zn0.07FePO4可达138.5mAh/g,而Li0.99Al0.01FePO4为138.2mAh/g,材料的循环和高倍率性能也相应地得到了提高。