熱處理時間對LiFe_0.99Mo_0.01PO₄C的電化學性能的影響

陸曉挺

摘 要：以LiNO3、NH4H2PO4、Fe（NO3）3為原料，液相法合成了LiFe0.99Mo0.01PO4/C復合正極材料。使用充放電測試技術研究了材料的倍率充放電性能。結果表明，熱處理8 h所得樣品具有最好的倍率充放電性能，0.5C倍率下的首次放電比容量分別為120 mAh·g-1。

關鍵詞：鋰離子電池 LiFePO4 Mo摻雜 熱處理時間

中圖分類號：TG139.7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）01（c）-0021-02

1997年，由美國德州大學Goodenough教授[1]領導的研究團提出了一種價廉、無毒、環(huán)保的橄欖石型鋰離子電池正極材料LiFePO4，隨即引起廣泛的關注。許多研究表明，LiFePO4的充放電平臺電壓為3.4 V，理論充放電比容量為170 mAh·g-1，循環(huán)壽命可達1 000次以上，是理想的鋰離子電池正極材料。但是，約為10～9 s/cm的電子電導率[2]和小于10～14 cm/s的Li+擴散系數(shù)[3]大大降低了LiFePO4的高倍率充放電性能。為此，研究人員進行了大量的表面包覆[4]和晶格摻雜[2]等改性研究。在改性研究的基礎上，熱處理工藝也是影響LiFePO4電化學性能的因素之一。該文在成功合成Mo摻雜和碳包覆改性的LiFePO4正極材料的基礎上，研究了熱處理時間對LiFe0.99Mo0.01PO4/C復合正極材料的電化學性能的影響。

1 實驗部分

1.1 樣品制備

將LiNO3、NH4H2PO4、Fe（NO3）3原料與摻雜原料鉬酸銨及碳源葡萄糖，按照物質的量1∶1∶0.99∶0.01∶0.66溶解混合均勻，在100℃恒溫12 h后取出研磨均勻，隨即在Ar氣氛下350℃恒溫6 h得到中間產(chǎn)物。最后將中間產(chǎn)物在700℃分別恒溫2 h、6 h、8 h和10 h，合成LiFe0.99Mo0.01PO4/C正極材料。

1.2 樣品的電化學性能測試

LiFe0.99Mo0.01PO4/C樣品的電化學性能測試采用CR2025型扣式模擬電池，其中正極由樣品、乙炔黑、PVDF按質量比80∶10∶10混合均勻成漿，涂抹于鋁箔上并真空烘干制成，負極采用金屬鋰片，隔膜為Celgard2400微孔膜，電解液為1 mol·L-1的LiPF6-EC/DMC（體積比1∶1）。充放電測試采用武漢金諾的LAND CT2001A型電池測試系統(tǒng)，電壓范圍為2.0～4.3 V。

2 LiFe0.99Mo0.01PO4/C的電化學性能

圖1所示為700℃熱處理2 h、4 h、6 h、8 h和10 h所得LiFe0.99Mo0.01PO4/C樣品在0.1C倍率的首次充放電曲線，放電比容量分別達到118、129、116、141和108 mAh·g-1，熱處理8 h所得樣品具有最好的充放電比容量。

圖2（a）是700℃熱處理8h所得LiFe0.99Mo0.01PO4/C樣品分別在0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C、3C、5C和10C倍率的首次充放電曲線，放電比容量分別為141、131、120、111、101、94、85和74 mAh·g-1。圖2（b）為700℃熱處理6 h和8 h所得LiFe0.99Mo0.01PO4/C樣品的循環(huán)性能，兩者均表現(xiàn)出穩(wěn)定的循環(huán)性能，但熱處理8 h所得樣品具有更好的倍率循環(huán)容量。

3 結語

以LiNO3、NH4H2PO4、Fe（NO3）3為原料，液相法合成了LiFe0.99Mo0.01PO4/C復合正極材料。充放電測試結果表明，熱處理8h所得樣品具有最好的倍率充放電性能，0.1C、0.5C、1C、5C和10C倍率下，樣品的首次放電比容量分別為141、120、111、85和74 mAh·g-1。

參考文獻

[1] Padhi A K， Nanjundaswamy K S， Goodenough J B.[J].J Electrochem. Soc，1997，144（4）：1188-1194.

[2] Molenda J， Ojczyk W， Swierczek K， et al.[J].Solid State Ionics 2006（177）：2617-2624.

[3] Prosini P P， Lisi M， Zane D， et al.[J].Solid State Ionics 2002（148）：45-51.

[4] Chang H H， Chang C C， Su C Y， et al.[J].J Power Sources，2008（185）：466-472.