《新型鋰離子電池正極材料LiFeSO4F的摻雜改性研究》是依託吉林大學，由魏英進擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型鋰離子電池正極材料LiFeSO4F的摻雜改性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：魏英進
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
LiFeSO4F是2010年發現的新型硫酸鹽基鋰離子電池正極材料，具有重要的套用前景。該材料的工作電壓適中，比能量與LiFePO4相當，其獨特的三維晶體結構更有利於鋰離子的擴散。但是，LiFeSO4F的電子絕緣性嚴重影響了材料的高倍率充放電性能。針對這一科學問題，本項目擬從材料的晶體結構和電子結構入手，結合第一性原理計算與實驗研究，建立起LiFeSO4F的結構、物理性質與電化學性能之間的構效關係模型，揭示影響材料電子導電與離子擴散的關鍵因素。在此基礎上，通過適當的離子摻雜對材料的結構進行調製與剪裁，顯著提升材料的電子導電率，從而獲得較高的鋰踏淋講離子擴散係數，提高材料的充放電倍率茅鞏廈糊性能，為LiFeSO4F正極材料在鋰離子電池中的套用奠定基礎。
結題摘要
LiFeSO4F是2010年發現的新型硫酸鹽擊地欠基鋰離子電池正極材料，該材協凶料的工作電壓適中，比能量與LiFePO4相當，其獨特的三維晶體結構更有利於鋰離子的擴散，但其自身的電子絕緣性嚴重影響了材料的高倍率重放電性能，針對這一科學問題，本項目從材料的晶體結構和電子結構入手，採用GGA+U的方法計算了LiFeSO4F/FeSO4F體系的平均插入電壓為3.54 V，從LiFeSO4F/FeSO4F的電子結構上看，隨著Li離子的脫出，材料從莫特哈伯德絕緣體（LiFeSO4F）轉變成了電荷轉移型絕緣體（FeSO4F）。通過差示掃描量熱法和熱重測試發現具有優異的安全性能，初始放熱溫度為385 oC，放出的熱量為79.4 J g-1；為了改善材料的電化學性能，通過氧化石墨烯和聚多巴胺對材料進行包覆改性，改性後材料的電導率提高到1.65×10-4 S cm-1，較原始材料提高了7個數量級，使得材料的電化學性能得到明顯提升，100次循環後的的放電比容量為113.2 mAh g-1，容量保持率提高到99%，在5 C下的放電比容量達到48.9 mAh g-1；此外，還分別嘗試了Ti離子和Mg離子的捆肯棗摻雜改性，穆斯堡爾譜測試發現Ti離子摻雜在材料的Fe（2）位置，通過計算發現材料的能隙由3.9 eV降低為2.1 eV，提高了材料的電子導電率，而Mg離子作為一種同價位的惰性原子摻雜，在鋰離子脫嵌過程中穩定材料的晶體結構，因而獲得了較好的倍率性能和循環性能，經過摻雜後材滲捆幾料100次循環後的容量保持率達到95%，在2 C倍率下的放電比容量為45 mAh g-1，通過循環伏安曲線的電化學阻抗圖譜測試表明，改性後材料的動力學性能遠優於原始的LiFeSO4F材料，因而獲得了優異的電腿頁套台化學性能。 通過對LiFeSO4F材料一系列的研究，改善了材料的電化學性能，獲得了電化學性能優異的LiFeSO4F改性材料。LiFeSO4F作為一種高安全性能的聚陰離子型正極材料，隨著材料循環穩定性和倍率性能的提升，為材料的進一步套用奠定了很好的基礎。
