正极材料磷酸铁锂的二次掺碳改性研究(3)

3.5 电化学性能分析

图4为各样品的首次放电曲线图。由图4可知各样品的曲线都较平滑,说明合成的材料具有较好的放电平台,未掺碳的样品A1的放电平台低于掺碳的其它样品。A1、A2、A3、A4、A5、A6样品的首次放电比容量分别为84.59、115.15、153.07、161.19、135.30、122.05mAh/g,这说明掺碳能有效地提高LiFePO4的放电容量。同时,二次掺碳对复合材料电性能的改善明显,其中以二次掺碳3%(质量分数)(样品A4)的效果最好。

原因可能是纯LiFePO4的电导率较低,极化内阻较高,使锂离子脱嵌困难,导致容量较低。而在预烧阶段以2%(质量分数)进行掺碳,能够有效地阻止大颗粒的形成,但是还不能有效地包覆碳,此时颗粒之间的碳连接没有有效地形成。在预烧掺碳的基础上进行二次掺碳,能够有效地进行碳包覆,使颗粒的生长更均匀,更小,这就有效地缩短了锂离子的脱嵌距离,同时在颗粒之间形成碳层,

更有效地提高材料的电导率。

提高容量,同时材料的稳定性也较好。但是随着二次掺碳量的增加,会使碳颗粒发生聚集,阻碍了锂离子的脱嵌,加大了颗粒间的距离,从而使得材料的容量有所降低。

4 结 论

优化合成的纯LiFePO4为橄榄石型结构,晶相单一且结构完整,首次放电容量为84.59mAh/g,20次循环后容量为85.19mAh/g,性能稳定。预烧掺碳后的LiFePO4/C复合材料颗粒分布均匀,颗粒尺寸小且多为类球形,表面光滑,有效地提高了放电比容量,首次放电容量为115.15mAh/g,20次循环后容量为111.10mAh/g,稳定性较好。

在烧结阶段进行二次掺碳后,能有效地进行碳包覆,阻止复合材料大颗粒的生长,较预烧掺碳而言,进一步提高了复合材料的电化学性能,使其具有较高的稳定性,其中二次掺碳量为3%(质量分数)时,电化学性能最好,首次放电容量为161.19mAh/g,20次循环后容量为153.68mAh/g。参考文献:

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图4 不同比例掺碳样品的放电曲线

Fig4Theinitialdischargecurvesofdifficultsam

ples

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图5 不同比例掺碳样品的循环曲线

Fig5Cycleperformanceofthedifficultsamples图5为各样品放电比容量与循环性能关系曲线,从图5中可以看出在循环活化3个周期左右时,各个样品均出现容量上升,循环20次后,都有不同程度的容量衰减,样品A1的容量为85.19mAh/g,较首次放电容量略有提高,可能是由于经过循环活化后有更多的活性物参与反应[15];样品A2的容量为111.10mAh/g,为首次放电容量的96.48%,依然保持有较高的稳定性,说明预烧掺碳确实能有效地提高的材料的容量和稳定性;样品A4的容量为153.68mAh/g,为

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