表面修饰与高价离子掺杂对LiFePO4材料结构与性能的影响

【作者】 卢俊彪； 唐子龙； 张中太； 金永柱；

【机构】 清华大学材料系新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室；

【摘要】 最近Li Fe PO₄因具有环境相容性好、价格便宜、矿藏丰富、理论容量较高（170m AH/g）、有良好的热稳定性以及与常用的电解液不发生反应等特点倍受青睐。但是纯的Li Fe PO₄材料是一种以n型导电为主的半导体材料,其电子导电率在10-9¹0-10S.cm-1左右;并且该材料的锂离子迁移能力较小,表征锂离子迁移参数g约为-3.8（当锂离子迁移能力为0时g的值为-4）。目前利用表面修饰的方法,即通过有机物包覆共烧的方式,在材料中引入具有高电导率的碳黑,从而在很大程度上降低材料的电阻率,合理的减小材料的粒径可以增大材料中锂离子扩散面积,增大材料的锂离子迁移速率。而通过合理的掺杂,可以在材料中形成锂离子空位等缺陷,提高材料的锂离子迁移速率。本实验在固相合成工艺下引入了造粒和掺杂工艺,从而制备出了镁离子掺杂的具有纳米尺度的Li Fe PO₄粉体材料,该材料与裂解的碳黑形成尺寸在7¹0um的团簇体。材料的电导率温度曲线表明材料中存在两种导电机制。高价的镁离子掺杂使得材料电阻率随掺杂含量的增加出现极大值。通过循环伏安表明在充放电过程中锂离子有新的通道插入和脱出材料颗粒。充放电测试实验表明,经过表面修饰和高价离子掺杂的材料即使在较高的充放电速率（0.5C）下,仍然具有大于120m AH/g的充放电容量,经过100次循环后,材料仍然具有良好的循环稳定性。更多还原