碳包覆 LiFePO4 的结构与性能研究

doi:10.3724/SP.J.1077.2011.00265

无机材料学报 ›› 2011, Vol. 26 ›› Issue (3): 265-270.DOI: 10.3724/SP.J.1077.2011.00265

碳包覆 LiFePO₄ 的结构与性能研究

张冬云¹,², 张培新¹,³, 林木崇³, 刘琨², 袁秋华³, 许启明¹, 罗仲宽³, 任祥忠³

1. 西安建筑科技大学材料科学与工程学院,西安710055; 2. 广西大学化学化工学院, 南宁 530004; 3. 深圳大学化学与化工学院, 深圳 518060

收稿日期:2010-05-20 修回日期:2010-07-01 出版日期:2011-03-20 网络出版日期:2011-02-18
作者简介:张冬云(1971-), 女, 博士研究生, 副教授.
基金资助:
国家自然科学基金(50874074, 50474092); 广东省自然科学基金(8151806001000028); 深圳市科技计划资助项目(ZYC200903250150A); 深圳市功能高分子重点实验室开放基金(FP20090104)

Property and Structure of Carbon-coated LiFePO₄

ZHANG Dong-Yun¹,², ZHANG Pei-Xin¹, ³,LIN Mu-Chong³, LIU Kun², YUAN Qiu-Hua³, XU Qi-Ming¹, LUO Zhong-Kuan³, REN Xiang-Zhong³

1. School of Materials Science and Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, China; 2. School of Chemistry and Chemical Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China; 3. School of Chemistry and Chemical Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China

Received:2010-05-20 Revised:2010-07-01 Published:2011-03-20 Online:2011-02-18
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(50874074, 50474092); Natural Science Foundation of Guangdong Province(8151806001000028); Shenzhen Government’s Plan of Science and Technology(ZYC200903250150A); Open Research Fundof Shenzhen Key Laboratory of Functional Polymer(FP20090104)

摘要/Abstract

摘要： 为了研究碳包覆对LiFePO₄结构的影响,以柠檬酸为碳源, 采用机械活化-高温固相法, 合成了不同碳包覆量的LiFePO₄/C复合正极材料. 通过XRD、SEM、BET、HRTEM、选区电子衍射(SAED)、交流阻抗谱(ACI)和恒电流充放电等现代分析方法, 全面研究了碳包覆量不同时,LiFePO₄/C复合正极材料的结构、形貌和电化学性能, 并对C包覆对结构影响的成因进行了分析.结果表明, 柠檬酸高温分解后生成无定形碳非晶物质,在LiFePO₄颗粒表面包覆形成一种网络结构,抑制了颗粒的生长; C包覆影响了晶体的生长方向和微观结构,LiFePO₄/C的优势生长为方向; 交流阻抗分析表明包覆后锂离子扩散系数比未改性的LiFePO₄提高了两个数量级,且各项阻抗值均降低, 从而提高了材料的离子及电子电导性、放电性能和循环性能. "

关键词: 锂离子电池, 正极材料, LiFePO₄, 结构, 碳包覆

Abstract: LiFePO₄/Ccomposite cathode materials containing different amounts of carbon were fabricated by mechanical activation–high temperature solid statereaction using citric acid as a carbon source, with the aim to study the effectof carbon-coating on LiFePO₄internal structure. The crystal structure, surface morphology and electrochemical properties of the obtained composites coated with various carbon contents were investigated by the techniques of XRD, SEM, BET, HRTEM, SAED, AC Impedance spectra, and constant current charge-discharge testing. And the structural changes originating from the carbon-coatingwere also analyzed. Under high temperature, citric acid was decomposed into network-like structure amorphous carbon, and coated on the surface of LiFePO₄ particles, which could inhibit the grain growth and cause the smaller sizes.The crystal growth direction and micro-structure of LiFePO₄/C were significantly influenced by carbon-coating that resulted in growing along direction preferentially.According to AC Impedance spectra measurements, all the impedances of carboncoated LiFePO₄ decreased evidently, and the diffusion coefficient of Li ions increased by up to two orders of magnitude compared with uncoated LiFePO₄, indicating the ion and electric conductivity,discharge capacity and cycling performance were greatly improved.

Key words: lithium-ion batteries, cathode materials, LiFePO₄, structure, carbon-coating

中图分类号:

TM912

张冬云, 张培新, 林木崇, 刘琨, 袁秋华, 许启明, 罗仲宽, 任祥忠. 碳包覆 LiFePO₄ 的结构与性能研究[J]. 无机材料学报, 2011, 26(3): 265-270.

ZHANG Dong-Yun,, ZHANG Pei-Xin, ,LIN Mu-Chong, LIU Kun, YUAN Qiu-Hua, XU Qi-Ming, LUO Zhong-Kuan, REN Xiang-Zhong. Property and Structure of Carbon-coated LiFePO₄[J]. Journal of Inorganic Materials, 2011, 26(3): 265-270.

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Property and Structure of Carbon-coated LiFePO₄

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