热处理时间对LiFe0.99Mo0.01PO4C的电化学性能的影响

陆晓挺

摘 要：以LiNO3、NH4H2PO4、Fe（NO3）3为原料，液相法合成了LiFe0.99Mo0.01PO4/C复合正极材料。使用充放电测试技术研究了材料的倍率充放电性能。结果表明，热处理8 h所得样品具有最好的倍率充放电性能，0.5C倍率下的首次放电比容量分别为120 mAh·g-1。

关键词：锂离子电池 LiFePO4 Mo掺杂 热处理时间

中图分类号：TG139.7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）01（c）-0021-02

1997年，由美国德州大学Goodenough教授[1]领导的研究团提出了一种价廉、无毒、环保的橄榄石型锂离子电池正极材料LiFePO4，随即引起广泛的关注。许多研究表明，LiFePO4的充放电平台电压为3.4 V，理论充放电比容量为170 mAh·g-1，循环寿命可达1 000次以上，是理想的锂离子电池正极材料。但是，约为10～9 s/cm的电子电导率[2]和小于10～14 cm/s的Li+扩散系数[3]大大降低了LiFePO4的高倍率充放电性能。为此，研究人员进行了大量的表面包覆[4]和晶格掺杂[2]等改性研究。在改性研究的基础上，热处理工艺也是影响LiFePO4电化学性能的因素之一。该文在成功合成Mo掺杂和碳包覆改性的LiFePO4正极材料的基础上，研究了热处理时间对LiFe0.99Mo0.01PO4/C复合正极材料的电化学性能的影响。

1 实验部分

1.1 样品制备

将LiNO3、NH4H2PO4、Fe（NO3）3原料与掺杂原料钼酸铵及碳源葡萄糖，按照物质的量1∶1∶0.99∶0.01∶0.66溶解混合均匀，在100℃恒温12 h后取出研磨均匀，随即在Ar气氛下350℃恒温6 h得到中间产物。最后将中间产物在700℃分别恒温2 h、6 h、8 h和10 h，合成LiFe0.99Mo0.01PO4/C正极材料。

1.2 样品的电化学性能测试

LiFe0.99Mo0.01PO4/C样品的电化学性能测试采用CR2025型扣式模拟电池，其中正极由样品、乙炔黑、PVDF按质量比80∶10∶10混合均匀成浆，涂抹于铝箔上并真空烘干制成，负极采用金属锂片，隔膜为Celgard2400微孔膜，电解液为1 mol·L-1的LiPF6-EC/DMC（体积比1∶1）。充放电测试采用武汉金诺的LAND CT2001A型电池测试系统，电压范围为2.0～4.3 V。

2 LiFe0.99Mo0.01PO4/C的电化学性能

图1所示为700℃热处理2 h、4 h、6 h、8 h和10 h所得LiFe0.99Mo0.01PO4/C样品在0.1C倍率的首次充放电曲线，放电比容量分别达到118、129、116、141和108 mAh·g-1，热处理8 h所得样品具有最好的充放电比容量。

图2（a）是700℃热处理8h所得LiFe0.99Mo0.01PO4/C样品分别在0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C、3C、5C和10C倍率的首次充放电曲线，放电比容量分别为141、131、120、111、101、94、85和74 mAh·g-1。图2（b）为700℃热处理6 h和8 h所得LiFe0.99Mo0.01PO4/C样品的循环性能，两者均表现出稳定的循环性能，但热处理8 h所得样品具有更好的倍率循环容量。

3 结语

以LiNO3、NH4H2PO4、Fe（NO3）3为原料，液相法合成了LiFe0.99Mo0.01PO4/C复合正极材料。充放电测试结果表明，热处理8h所得样品具有最好的倍率充放电性能，0.1C、0.5C、1C、5C和10C倍率下，样品的首次放电比容量分别为141、120、111、85和74 mAh·g-1。

参考文献

[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.