苯胺共聚物修饰微纳结构LiFePO4基锂电池正极材料的制备与性能研究

高比容量和可快速平稳充放电是LiFePO4基锂电池正极材料研究的重要方向，材料内部和外部的电子及Li+的扩散与传输速率低是影响锂电池性能的主要问题。本项目拟通过微波辅助溶剂-热法制备微纳结构的LiFePO4，以提高材料内部的Li+及电子扩散与传输速率；合成含有二硫化物、二茂铁结构的系列苯胺共聚物，并将其作为导电剂和活性组分对LiFePO4进行修饰,从而改善材料外部与电极间的电子扩散速率。主要研究LiFePO4材料的结构和形貌、苯胺共聚物中功能单体的种类和组成以及苯胺共聚物/LiFePO4复合材料的制备方法与工艺等对锂电池正极材料成膜性和电化学性能的影响；以苯胺共聚物修饰微纳结构LiFePO4作为正极材料制备锂电池原型器件，揭示充放电性能与材料结构、组成的内在规律，探索充放电过程中电极材料内外部电子及离子的扩散与迁移机理，为制备高性能LiFePO4基锂电池正极材料提供理论和实验依据。

高性能的LiFePO4基锂电池正极材料研究是当前锂离子电池正极材料的研究热点，本课题通过采用聚苯胺衍生物作为电化学活性导电剂修饰包覆微纳结构的LiFePO4以提高材料内部和外部的电子及Li+的扩散与传输速率，并最终实现锂电池性能的改善。本项目首先在不同溶剂体系中通过溶剂热法合成LiFePO4材料，并在此基础上优选乙二醇为溶剂，通过微波辅助溶剂-热法制备LiFePO4，研究表明，通过微波辅助溶剂热法能有效合成微纳结构的LiFePO4，并形成短时和低能耗制备微纳结构LiFePO4的工艺；通过分子设计合成系列含二硫苯胺和含二茂铁苯胺功能单体，并制备了含有二硫化物、二茂铁结构的系列苯胺共聚物，研究了功能苯胺单体的引入对聚苯胺衍生物的电化学性质和电池性能的影响。研究表明，含硫苯胺单体能提高聚苯胺电极材料的比容量，含二茂铁苯胺单体的引入能改善聚苯胺充放电曲线平台的平稳性。同时，当采用有机酸作为掺杂剂对聚苯胺和聚苯胺衍生物进行掺杂，可改善聚苯胺衍生物的成膜性和导电性；采用制备的聚苯胺和含（硫+二茂铁）的聚苯胺衍生物为活性有机导电剂，分别表面修饰微波辅助溶剂热法制备的微纳结构LiFePO4，制备有机/无机复合锂电池正极材料，主要研究LiFePO4材料的结构和形貌、苯胺共聚物中功能单体的种类和组成以及苯胺共聚物/LiFePO4复合材料的制备方法与工艺等对锂电池正极材料电化学性能的影响。结果显示，通过优化含（硫+二茂铁）的聚苯胺衍生物在复合电极材料中比例，可制得比容量和充放电循环稳定性改善的LiFePO4基锂电池正极复合材料。同时，研究工作也探索了充放电过程中影响电池性能的电极内部电子及离子的扩散与迁移机理。该研究工作将为制备高性能LiFePO4基锂电池正极材料提供理论和实验依据。