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高性能正极材料LiFePO4
高性能正极材料LiFePO4 的制备及表征
李海英;岳波;黄小丽;王俊安;李延俊
【摘
【摘要】采用颗粒纳米化技术与雾化干燥相结合的方法合成了高性能的
X-r ay 粉末衍射仪、场发LiFe0.98Ti0.02PO4-xFx/C(x=0.00,0.02)正
X-r ay 粉末衍射仪、场发
射扫描电子显微镜和蓝电测试系统对合成材料的晶体结构、颗粒形貌和电化学性能进行了表征.结果表明,采用该方法可明显降低一次颗粒粒径,同时引入Ti-F 掺杂可 进一步提高产品的电化学性能.LiFe0.98Ti0.02PO3.98F0.02/C 表现出最好的电化学性能,其 0.1C 首次放电比容量和库伦效率分别为 163.9mAh/g 和 97.3%;1C 放电比容量为 144.3mAh/g,循环 50 次后容量保持率为 98.8%,表现出了较高放电比容量和良好的循环性能.
【期刊名称】《四川有色金属》
【年(卷),期】2018(000)003
【总页数】4 页(P58-61)
【关键词】锂离子电池;磷酸铁锂;LiFe0.98Ti0.02PO4-xFx/C;碳热还原法
【作者】李海英;岳波;黄小丽;王俊安;李延俊
【作者单位】四川省能源投资集团有限责任公司, 四川成都 610063;四川科能锂电
有限公司, 四川成都 610063;四川科能锂电有限公司, 四川成都 610063;四川科能锂电有限公司, 四川成都 610063;四川科能锂电有限公司, 四川成都 610063
【正文语种】中文
【中图分类】TM912
橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)因比容量较高、安全性能好、环境友好、使用寿命
长等优点被认为是动力型锂离子电池理想的正极材料之一[1-2]。
由于LiFePO4 为半导体,其电子电导率(~10-9S·cm-1)和锂离子扩散系数
(10-10S·cm-1~10-15cm2·S-1)极低,严重影响了其电化学性能的发挥,从而限制其在电动汽车上的大规模应用[3]。目前,主要利用碳包覆[4]、离子掺杂[5]和颗粒纳米化[6]等方法可有效提高LiFePO4 的电子电导率和锂离子扩散系数,进而提高其电化学性能。但仅通过单一的金属离子掺杂[7]或碳包覆的
方
方法以提高锂离子扩散系数的成效是有限的,这样由材料离子扩散性差所带来的电
池高倍率放电性能和低温性能差的问题仍然制约着LiFePO4 在动力型锂离子电池
中的大规模应用。研究表明,采用碳包覆或金属离子掺杂并且将颗粒纳米化可有效
改
改善上述问题。但很多研究表明,颗粒纳米化技术会导致产品的振实密度显著降低,
并严重影响材料在电池制作过程的加工性能[8]。
综
综上所述,本文拟采用颗粒纳米化技术与喷雾造粒相结合的方法,制备出纳米级一
次颗粒,微米级球状二次颗粒LiFePO4,避免了材料纳米化导致的振实密度降低
的问题,并在制备过程中引入阴、阳离子共掺杂,大大提高了材料的电化学性能。 1 实验部分
本实验的主要原料为无水磷酸铁(FePO4)、碳酸锂(Li2CO3)、葡萄糖
(C6H12O6)、二氧化钛(TiO2)、氟化锂(LiF)、聚乙二醇(PEG-8000),原料均采用分析纯。首先按Fe:Li:Ti:F=1:1.035:0.02:x(x=0.00,0.02)的摩尔计量比称量FePO4、Li2CO3、TiO2 和LiF,以去离子水为介质进行混合,添加适量的聚乙二醇为助磨剂和表面活性剂,按成品 2wt%的碳含量添加葡萄糖作为有机碳源,球磨搅拌后再采用砂磨机以一定的转速砂磨一定的时间,当浆料粒径达到要求后,然后将所得浆料进行雾化干燥,将所得前驱体在 680℃煅烧 12h,
既得LiFePO4 正极材料。
以制备出的磷酸铁锂为正极材料,导电炭黑(SP)为导电剂,聚偏氟乙烯(PVDF)为粘接剂,按正极材料:导电剂:粘接剂=82:8:10(质量比)混合,以N-甲基-
2-吡咯烷酮(NMP)为溶剂,搅拌均匀制备浆料。将浆料均匀的涂敷于铝箔体上并于 120℃真空干燥 10h 制成正极极片,金属锂片为负极片,聚丙烯微孔膜
(Celgard-2300)为隔膜,1mol/LLiPF6 的 EC/DEC(体积比为 1:1)为电解液,在手套箱中组装成 2032 型扣式电池,在电池检测系统上进行测试。
结果与讨论
颗粒
颗粒纳米化技术与喷雾造粒结合法的实验结果分析
图 1 成品扫描电镜图(a)LFP-1;(b)LFP-2Fig.1 SEM images of samples(a)LFP-1;(b)LFP-2
表 1 LFP-1 和LFP-2 的振实密度、比表面积和碳含量表Fig.1 The tap density,specific surface area and carbon content of
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