Cu微粒包覆Cu_LiFePO_4正极材料的制备及性能研究1.pdf

第33卷第5期武汉科技大学学报Vol.33,No.5
2010年10月JournalofWuhanUniversityofScienceandTechnologyOct.2010

Cu微粒包覆Cu/LiFePO4正极材料的
制备及性能研究

黄峰,刘芸,雷艳,范丽霞

(武汉科技大学材料与冶金学院,湖北武汉,430081)

摘要:用高温固相反应法制备Cu微粒包覆的锂离子电池正极材料Cu/LiFePO4。采用X射线衍射、场发射扫
描电镜对材料的物相结构和颗粒形貌进行分析和观察,采用恒流充放电、慢扫描循环伏安法和电化学阻抗谱

法测试材料的电化学性能。结果表明,Cu微粒包覆使复合材料颗粒分散更均匀,结晶更明显;Cu/LiFePO4

(n(Cu)n(Li)=115)正极材料首次放电比容量最高为142.8mAh/g,与纯LiFePO4正极材料的对应值
151.7mAh/g相比有所下降;虽然Cu微粒的加入在一定程度上能够提高材料的电子导电率,但在第一周
充电时Cu即发生不可逆氧化,导致该复合材料具有较低的放电比容量和较大的首次不可逆容量损失。

关键词:锂离子电池;LiFePO4;正极材料;铜微粒包覆
中图分类号:TM912.1文献标志码:A文章编号:16743644(2010)05053206

目前商业化生产的锂离子电池多以LiCoO2材料合成,所得材料在0.2C倍率下放电,其室温
作为正极材料,但钴资源匮乏、价格昂贵,且具有初始放电容量分别为130、140mAh/g,比未包
毒性、不利于环境保护。而橄榄石型结构的覆金属粉末电池材料提高了25mAh/g。
[12]
LiFePO4正极材料具有结构稳定、热稳定性好、来Eftekhari利用电化学沉积法将LiFePO4和Au

源广泛、环境友好、价格低廉等优点,被认为是目同时沉积在基质上,得到LiFePO4/Au复合材料,
前最有前途的电动车及混合电动车用锂离子电池在80!下复合材料的比容量接近理论值,经过1
正极材料之一[12]。000次循环后,其比容量损失仅为10%。
[5]
LiFePO4材料在小倍率充放电时有较好的电本文采用高温固相合成法制备Cu微粒包

化学性能,但在大倍率充放电时其比容量和循环覆的Cu/LiFePO4正极材料,并通过恒流充放电、

性能大为降低,这主要是因为LiFePO4、FePO4的慢扫描循环伏安(CV)法和电化学阻抗谱(EIS)法
电子导电率和锂离子扩散系数均较低[34]。此外,分析了包覆Cu对正极材料结构和性能的影响。

LiFePO4的合成条件相对苛刻,由于材料中的
2+3+1试验
Fe极易被氧化成Fe,因此材料必须在惰性或
偏还原性气氛保护下进行烧结,且烧结温度对材1.1材料的制备
料性能有很大的影响[5]。研究发现,通过表面包按111(物质的量比)称量4份LiOH

覆碳、掺杂纳米金属粉末(Cu、Ag)及掺杂金属离H2O、FeC2O42H2O和NH4H2PO4,再按n(Cu)
2+3+4+
子(Mg、Al、Ti等)均可改善LiFePO4材料n(Li)分别为01、120、115和110加
的电化学性能[613],其中,掺杂金属粉末是通过改入纳米级铜粉,在丙酮保护下充分球磨混合12h

善颗粒间电子导电率来提高材料电化学性能。后得4种前驱体。前驱体在95%Ar+5%H2气
[9]
Park等采用共沉淀法合成LiFePO4,然后通过氛保护下于管式炉内自动控温热处理制得

还原方法制备LiFePO4/Ag复合材料,该复合材Cu/LiFePO4复合材料粉末,热处理条件为:350
料的导电性能有较大提高,在0.2C放电倍率下!预烧5h,650!保温12h。
其首次放电比容量为139mAh/g。Croce等[11]1.2材料物理性能的表征
采用溶胶凝胶法、并添加少量的Cu或Ag进行采用PhilipsX∀Pert粉末X射线衍射(XRD)

收稿日期:20100702
基金项目:武汉科技大学绿色制造与节能减排科技研究中心开放基金资助项目(B0901).
作者简介:黄峰(1972),女,武汉科技大学副教授,博士.Email:[e-mail]
2010年第5期黄峰,等:Cu微粒包覆Cu/LiFePO4正极材料的制备及性能研究533

仪测定样品的物相结构,测试条件:Cu靶,电压为LiFePO4的晶体结构中,二者仅仅是机械混合。
45kV,电流为40mA,扫描速度为4#/min。这可能与Cu的原子半径较大有关。

采用Novanano400型场发射扫描电镜在202.2Cu/LiFePO4复合材料的微观形貌
kV下观察样品的微观形貌并进行颗粒相的能谱正极