高性能纳米复合磷酸铁锂正极材料的制备及改性研究

来源 :南京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hbl20062
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LiFePO4正极材料具有比容量高、循环寿命长、热稳定性好、环境友好、原材料来源丰富等优点,被认为是锂离子动力电池最佳候选材料之一。但该材料电导率低、离子扩散系数小,导致其在大电流放电时容量衰减较大、倍率性能差,制约了其在动力电池领域的应用。使用导电添加剂是一种很有效的解决方法。碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs)具有电导率高、强度高、长径比大等特突出优点,是可以用来取代传统的碳黑(CB)或石墨的优良的导电添加剂。  利用TG-DSC、XRD、SEM、粒度分析、BET、CV、EIS以及恒流充放电测试等分析方法和正交实验系统地研究高温固相合成过程中的各项工艺参数:球磨混料时间、焙烧温度、焙烧时间、碳源和掺碳量对橄榄石型LiFePO4的晶体结构、表面形貌以及电化学性能的影响。通过正交实验确定出高温固相法制备高性能LiFePO4正极材料的最佳工艺条件为:球磨时间2h、焙烧温度700℃、焙烧时间8h、掺碳量3wt.%。其它因素:碳源使用柠檬酸,保护气流量10mL·min-1。在最工艺条件下合成的样品在1C充放电条件下初始充放电曲线相对比较平坦,放电电压平台中值电压为3.36V,放电比容量为149.06mAh·g-1,库仑效率为98.1%。循环性能得到有效的改善,50次循环容量无明显衰减,充放电库仑效率较为稳定。  在完成单因素实验的基础上确定影响LiFePO4工作电极的因素及水平。并通过L33(9)正交实验的极差分析可知,影响磷酸铁锂工作电极屯化学性能的主要因素次序为:0.1和10C倍率下,活性物质含量>粘结剂用量>分散剂含量;1C倍率下,粘结剂用量>活性物质含量>分散剂用量。最后确定了LiFePO4工作电极的最佳制作工艺为:在0.1C倍率下,活性物质、导电剂、粘结剂和分散剂的最佳质量百分比为90∶5.5∶4∶0.5;1C倍率下为85∶10.2∶4∶0.8;10C倍率下为80∶13.5∶6∶0.5。  根据10C倍率放电的最佳电极制作工艺:活性物质,粘结剂,分散剂和导电乙炔黑配比为80∶6∶0.5∶13.5,制作的LiFePO4/C-CNTs样品电极,其在1C充电10C放电倍率下,1000周循环后容量保持率大于95%。
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