论文摘要
LiFePO4作为一种新型锂离子电池正极材料，具有廉价、环保、电化学性能稳定等优点，但其本征离子电子电导率低，仅为10-10～10-9cm2/s。在高倍率放电时，其活性物质得不到充分的利用，容量下降。本文在对国内外各种锂离子电池正极材料尤其是LiFePO4的研究进展进行全面综述基础上，确定了采用溶胶凝胶法，以乙二醇为溶剂，以LiOH、FeC2O4H2O和NH4H2PO4为原材料制备LiFePO4。研究了烧结温度、凝胶前驱体预处理温度、烧结气氛和表面活性剂的添加对LiFePO4结构与性能的影响。通过优化制备工艺，提高了LiFePO4的高倍率放电容量。采用X-射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）等手段对采用不同制备工艺合成的LiFePO4的微观结构进行表征。通过循环伏安法（CV）、电化学反应阻抗（EIS）和充放电容量测试等方法研究了LiFePO4的电化学性能。研究结果表明，乙二醇溶剂在高温下的原位分解使合成的LiFePO4颗粒表面包覆了一层网络状碳膜，有效的增加了各颗粒间的电接触，改善了LiFePO4的电化学性能。烧结温度、凝胶前驱体预处理温度、烧结气氛和表面活性剂的添加均对合成的LiFePO4产物的结晶特性、微观形貌和电化学性能有一定影响。在凝胶前驱体经110℃预处理，5％H2+N2气氛烧结条件下，600～700℃范围内烧结的产物为单一的LiFePO4相，没有杂相发现。当烧结温度为750℃时，产物中出现了少量的Li3PO4、FeP和Fe2P相。700℃温度下烧结的活性物质颗粒均匀细小，且基本呈球状，具有最大的放电容量，1C（170mAh/g）的放电容量达到了141mAh/g，经200个循环，放电容量基本不变。在700℃的烧结温度和以N2+5％H2为烧结气氛的条件下，90℃和110℃预处理的试样结晶完整，晶粒均匀且较小。随着预处理温度的升高到130℃和150℃，产物中出现了少量杂相Fe2P，LiFePO4粒尺寸增大，且分布不均匀。循环伏安曲线中氧化、还原峰面积基本相等，表明电极具有良好的脱嵌锂可逆性。110℃预处理的试样具有最大的放电容量。在前驱体110℃预处理，烧结温度为700℃条件下，保护气体中含少量H2（5％）能较好地改善产物的结晶和微观形貌，获得了纯度高、颗粒尺寸均匀、大小仅为150nm的LiFePO4。随氢含量增加到15％，产物中有杂相出现，LiFePO4颗粒尺寸也变得不均匀，容量也降低。5％H2+N2烧结获得产物在1C时的放电容量为141mAh/g，相比于纯N2和高含氢气氛中烧结获得的LiFePO4具有较高的放电容量。活性剂大豆卵磷脂的添加使LiFePO4产物中出现了杂相Fe2P，导致电池放电容量略有下降低。且随着掺杂量的增大，LiFePO4的颗粒也随之长大，颗粒大小不均，导致电池放电容量进一步降低。