正极材料磷酸铁锂的二次掺碳改性研究

时间：2025-07-09

2011年增刊Ⅴ(42)卷

正极材料磷酸铁锂的二次掺碳改性研究

唐瑛材,薛卫东

1,2

(1.电子科技大学微电子与固体电子学院,四川成都610054;

2.电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川成都610054)

摘要: 提出了一种二次掺碳制备锂离子电池正极材料LiFePO4/C复合材料的合成方法。实验结果表明不同阶段掺碳对合成LiFePO4/C复合材料的晶型没有影响,但对其电化学性能影响明显,二次掺碳能有效地提高容量和改善材料的稳定性;当蔗糖二次加入量为碳与磷酸铁锂质量比为3%(质量分数)时,样品颗粒细小且均匀,同时电化学性能最好,在0.2C倍率下首次放电比容量为161.19mA h/g,循环20次后仍保持在153.68mA h/g。

关键词: 锂离子电池;正极材料;磷酸铁锂;二次掺碳中图分类号: TQ131.11文献标识码:A文章编号:1001-9731(2011)增刊Ⅴ-0950-03

磨同上步,添加蔗糖比例为碳与磷酸铁锂质量比为

2%(质量分数),再磁力搅拌、球磨、烘干得到前驱体。烧结步骤同上,得到黑色的LiFePO4/C样品,编号为A2。

2.1.3 二次掺碳样品的制备

将由2.1.2制得的前驱体放入氮气保护的管式炉中于380 预烧8h,退火后加入蔗糖磁力搅拌、球磨4h,再烘干。添加蔗糖的量为碳与磷酸铁锂质量比的2%、3%、5%、8%(质量分数)。干燥后置于管式炉中于720 烧结10h,得到黑色的LiFePO4/C样品,编号对应为A3、A4、A5、A6。2.2 样品的分析表征

采用北京普析通用仪器有限责任公司生产的XD-2/3型X射线粉末衍射仪对制备产物进行晶相分析(XRD);用美国TA公司生产的Q500TGA热重分析仪对样品进行热重分析(TG),分析时以氩气作为保护气;用日本JEOL的JSM-6360LV扫描电子显微镜(SEM)观察样品的形貌、粒径大小和均匀程度;采用化学方法进行样品的碳含量分析[14]。2.3 样品的电化学性能测试

正极片的组装按照m(活性物质) m(乙炔黑) m(聚偏氟乙烯PVDF)=85 10 5计量比进行混合,以N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂调制成正极浆料,将浆料均匀涂敷在铝箔上于120 干燥12h后冲压成正极片,极片质量严格控制在60~70mg之间;在充满氩气的手套箱中,以金属锂片为负极,电解液为1mol/LLiPF6/EC+DEC+EMC(体积比为1 1 1),隔膜为Celgard2400,组装成型号为CR2032扣式电池。用上海正方电子设备有限公司生产的DC-5C电化学性

能测试仪在0.2C(0.2mA/cm)倍率下、2.5~4.2V之间进行充放电测试,循环20次以检测各样品的电化学性能。

1 引言

自1997年Padhi等[1]发现橄榄石型LiFePO4能够充当正极材料以来,LiFePO4材料便成为近年来国内外的研究热点。但是低电导率和低振实密度仍是制

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约其发展的瓶颈。许多新方法不断提出,但通过在制备过程中掺入碳进行碳包覆和金属掺杂仍是主要的手段,这能有效地改善LiFePO4晶体颗粒的大小和形貌,同时能缩短锂离子的扩散距离,明显地提高其

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电导率。通常掺碳碳源为蔗糖、葡萄糖、乙炔炭[7][8][9]黑、酒石酸等,掺碳时间大多选择在烧结阶段,

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而掺碳比例、碳源选择以及烧结条件对其合成有着紧切关系。本文拟用蔗糖为碳源,考查前驱体阶段和烧结阶段掺碳及二次掺碳的掺碳比例对LiFePO4/C复合材料的结构和电化学性能的影响。

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2 实验