《LiFePO4正極材料的微波合成機理及微波等離子改性研究》是依託武漢理工大學，由王琳擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：LiFePO4正極材料的微波合成機理及微波等離子改性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王琳
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
LiFePO4是當前鋰離子電池正極材料的研究開發熱點，但是採用傳統方法製備時存在合成時間長、難以獲得純相及合成的正極材料室溫電導率低、在大電流充放電時容量衰減大等問題。本項目在前期開展的LiFePO4材料微波合成的基礎上，除了利用微波合成可大大降低合成溫度，縮短合成時間，避免產生雜相和抑制晶粒長大外，創新性地將微波電磁場分離成微波電場和微波磁場，分別研究微波電場、微波磁場對不同粒徑和種類的原料粉末的加熱速率及合成LiFePO4材料的結構、成分與電化學性能的影響，探索LiFePO4對微波電場和微波磁場強度的適用性，研究在最佳化的微波電場和微波磁場的協同作用下微波外場合成LiFePO4的機理，並創新性地利用微波等離子低溫活化特性，對微波合成的LiFePO4粉體表面進行可精確控制的碳包覆改性，以克服容量衰減，提高循環性能，為開發具有我國智慧財產權的微波合成LiFePO4材料新技術提供理論基礎。
結題摘要
自1997年Goodenough將磷酸鐵鋰用於鋰離子電池之後，磷酸鐵鋰作為正極材料吸引了越來越多的關注。和其他的正極材料相比，磷酸鐵鋰具有以下優點：成本較低、放電電位高（在3.4V左右非常平穩的電壓曲線）、比容量大（理論為170 mAh/g）、良好的熱穩定性、優異的循環使用性能、同時安全環保。然而，磷酸鐵鋰也存在一些不足如導電性能差（～10-9S/cm），導致高阻抗低倍率，從而影響其在電池行業的套用。本研究的目的是通過製備高導電性能的納米尺度的磷酸鐵鋰來解決其兩大關鍵問題，通過多價元素取代和不同碳源的原位碳包覆及微波等離子改性來提高材料導電性能。基於對前軀體進行紅外光譜測試及差熱分析制定磷酸鐵鋰的合成方法。在單模腔中加熱化學計量水氫氧化鋰、磷酸二氫銨和羥基鐵的混合物來製備磷酸鐵鋰。在反應物中添加檸檬酸、蔗糖以及微波等離子中加入甲烷等碳源來製備碳包覆磷酸鐵鋰。X射線衍射分析表明可以通過微波合成快速方便地製備單相磷酸鐵鋰。對製備的樣品進行表面分析，發現樣品由多孔納米粒子聚集而成，孔洞處可以作為鋰離子通道從而提高磷酸鐵鋰的電學性能。由於較小的顆粒尺寸，多孔聚集以及石墨化碳的存在，磷酸鐵鋰即使在50個循環之後仍表現出良好的電化學特徵和循環使用性能。我們的工作目標是使電池的比容量接近理論值並增加其循環使用壽命。因此我們選擇了多價元素如錳、鉻、鉬來取代磷酸鐵鋰中的鐵原子。通過在反應物中添加化學計量比的取代元素的化合物來實現磷酸鐵鋰的摻雜。合成條件和原來的條件相同。通過晶格參數的變化以及其他測試來確定元素是否取代。結果表明，鉬取代的磷酸鐵鋰正極的在電流密度為0.1C時放電比容量接近理論值，同時具有優良的循環使用性能。
