溶劑熱合成微-納結(jié)構(gòu)LiFePO4及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、具有多級(jí)結(jié)構(gòu)的LiFePO4材料由于具有較高的比表面積，既可以縮短Li+的擴(kuò)散距離，又可以防止顆粒團(tuán)聚，被認(rèn)為是迄今為止動(dòng)力、儲(chǔ)能電池領(lǐng)域和行業(yè)開發(fā)的重要材料之一。因此，這類材料的制備與研究引起了研究人員的廣泛關(guān)注。研究表明：LiFePO4材料的電化學(xué)性能與其晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌和顆粒尺寸都密切相關(guān)，因此，本文通過簡(jiǎn)單的溶劑熱法制備具有微-納結(jié)構(gòu)的層狀LiFePO4和啞鈴狀 LiFePO4，并對(duì)其進(jìn)行碳包覆表面修飾，以提高材料的電化學(xué)性能

2、。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以FeSO4·7H2O和LiH2PO4為原料，在沒有使用任何添加劑和模板劑的情況下，采用溶劑熱法在較短的時(shí)間內(nèi)合成了具有微-納結(jié)構(gòu)的層狀 LiFePO4材料。基于時(shí)間單因素實(shí)驗(yàn)，提出了層狀微-納結(jié)構(gòu) LiFePO4的生長(zhǎng)機(jī)制。研究表明，以EG/DMF混合溶液為溶劑，在225℃下反應(yīng)3.5 h得到的產(chǎn)物具有較高的結(jié)晶度和分散性，呈層狀微-納結(jié)構(gòu)。該層狀LiFePO4材料長(zhǎng)度約3-8μm，由20-30nm

3、的納米片組裝而成，在0.1C倍率下首次放電比容量為112 mAh/g，50次循環(huán)后，容量保持率達(dá)94%。⑵以抗壞血酸為還原劑，EG為溶劑在短時(shí)間內(nèi)合成了由直徑為50nm，暴露面為（212）的納米針自組裝而成的啞鈴狀微-納LiFePO4材料，其長(zhǎng)度約為10μm。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究表明，啞鈴狀微-納結(jié)構(gòu)LiFePO4在形成的過程中會(huì)先生成Li3PO4和 Fe3(PO4)2的沉淀，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)?LiFePO4。其形貌同時(shí)經(jīng)歷了快速形核、團(tuán)

4、聚和定向生長(zhǎng)三個(gè)過程。恒流充放電測(cè)試表明，該啞鈴狀微-納結(jié)構(gòu)LiFePO4在0.1C倍率的放電比容量達(dá)145.8 mAh/g，在0.2C、0.5C和1C倍率下的首次放電比容量分別為136.2、118和95.6mAh/g。⑶以葡萄糖為碳源，采用非原位碳包覆分別對(duì)層狀和啞鈴狀微-納LiFePO4材料進(jìn)行表面改性處理，并對(duì)表面修飾后的樣品進(jìn)行表征。結(jié)果表明，兩種樣品較未修飾改性前樣品的首次放電比容量都有一定提高，但是層狀樣品由于片層之間的空隙