《溶胶凝胶法制备磷酸亚铁锂的研究》-毕业论文.doc

PAGE 溶胶凝胶法制备磷酸亚铁锂的研究 摘 要：论文研究了采用三价铁为铁源溶胶凝胶法制备锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的工艺，利用XRD、SEM分析了产物的晶型结构和微观形貌，探讨了不同锂源、不同蔗糖加入量、烧结时间及金属离子掺杂改性对合成材料充放电性能的影响，通过循环伏安和电化学阻抗谱分析了材料的电化学性能。结果表明，合成产物为橄榄石型磷酸亚铁锂，掺杂碳和金属离子能有效控制颗粒长大；以氢氧化锂为锂源，加入60%蔗糖，掺杂锆离子，650℃烧结18h制备的磷酸亚铁锂的可逆性好，0.2C放电比容量达到160mAh/g。 关键词：溶胶凝胶；磷酸亚铁锂；电化学性能 Abstract：This paper prepared lithium iron phosphate through a sol-gel method. We discussed the effect of lithium sources, amount of sucrose, sintering time and metal ion doping on the charge-discharge performance of the as-prepared products. The electrochemical performance of the lithium iron phosphate was investigated by cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy analysis. XRD analysis result showed that the crystalline structure of the product is the olivine-type lithium iron phosphate. SEM observation found that carbon and metal ions doping can effectively control the particle growth. The lithium iron phosphate exhibited a capacity of 160 mAhg-1 at 0.2C rate and good reversibility when they were prepared by using lithium hydroxide as a lithium source, adding 60% sucrose, sintering at 650℃ for 18h. Key words：sol-gel, lithium iron phosphate, electrochemical properties 引 言 锂离子电池作为一种高性能的可充绿色电源，近年来已在各种便携式电子产品和通讯工具中得到广泛应用，并被逐步开发为电动汽车的动力电源，从而推动其向安全、环保、低成本及高比能量方向发展。其中，正极材料对锂离子电池性能起到关键作用。传统的锂离子电池正极材料集中于锂的过渡金属氧化物如LiMO2(M=Co，Ni，Mn)和LiMn2O4。但LiCoO2成本高，资源贫乏，毒性大，耐过充性差[1]；镍酸锂(LiNiO2)制备困难，热稳定性差[2]；LiMn2O4资源丰富、价格便宜、无毒，但其容量较低，高温稳定性和循环稳定性较差[3]；而铁资源丰富、价廉并且无毒，铁系正极材料成为目前电池界的研究热点，其中具有规整的橄榄石结构的LiFePO4价格低廉，热稳定性好，对环境友好，是一种极具潜力的正极材料[4]。 溶胶凝胶法制备LiFePO4/C材料及表征 2.1 掺杂金属离子合成样品的XRD分析 图2-1为氢氧化锂：硝酸铁：磷酸二氢铵摩尔比为1.05:1:1，蔗糖加入量为产物质量的60%，柠檬酸加入硝酸铁摩尔量的3倍，蒸馏水为溶剂，650℃烧结18h，乙酸镁掺入量为产物LiFePO4摩尔量的10%合成的LiFePO4/C样品的XRD图。由图可以看出，与LiFePO4的标准图主峰对应的很好，峰形尖锐，说明合成了有序的橄榄石型LiFePO4/C，结晶较好，但仍存在少量的杂峰，说明合成材料中存在少量杂质，可能是高温下发生了副反应。 图2-2为硝酸锆掺入量为产物LiFePO4摩尔量的2%合成的LiFePO4/C样品的XRD图。由图可以看出，掺杂Zr4+后合成的材料主峰尖锐，与标准LiFePO4卡片比较，主峰基本吻合，LiFePO4结晶较好。 图2-1 乙酸镁掺入量为10%合成样品的XRD图 图2-2 硝酸锆掺入量为2%合成样品XRD图 2.2 合成材料的SEM分析 图2-3为不同蔗糖加入量合成的LiFeP