一维LiFePO4/C核/壳型正极材料的静电纺丝可控制备及其电化学性能

具有独特形态的高性能电极材料的设计及其微结构-性能关联一直是能源转换材料研究的热点之一。LiFePO4/C的一维核/壳结构是电极材料的一种新颖形态，更具有独特的性能，在高性能锂离子电池电极材料研究方面具有重要应用前景，同时也将扩展电极材料研究的新领域。本项目拟采用静电纺丝技术制备具有一维核/壳结构的LiFePO4/C，研究该核/壳结构的可控制备规律、微观结构特征、电子传导和锂离子扩散机制、电化学脱嵌锂特性，特别是低温特性等。通过本项目研究，将建立并完善一维核/壳结构LiFePO4/C的可控制备科学，系统表征其微观结构特征；阐明一维核/壳结构LiFePO4/C的电子-锂离子传导机制及电极过程动力学；揭示其结构－性能关联调控规律，为设计和构筑新型高性能电极材料提供理论和实验依据。

高性能电极材料的设计制备及其微结构—性能关联一直是化学电源领域研究的热点之一。橄榄石型的LiFePO4由于具有原料来源广泛、无毒对环境友好、充放电平台平稳、循环性能好、极安全可靠等优点引起国内外持续广泛的研究。LiFePO4存在的主要问题是：低的电子传导率和锂离子迁移速率导致LiFePO4的电化学性能不理想，如可逆放电容量低、高倍率无法充放电循环容量衰减及低温性能差等。本项目采用静电纺丝技术制备的LiFePO4/C的一维核/壳结构，通过XRD, SEM, TEM, TG,循环伏安，恒流充放电等技术研究了该核/壳结构的可控制备规律、微观结构特征、电子传导和锂离子扩散机制、电化学脱嵌锂特性。结果发现，该核壳结构中LiFePO4颗粒以包埋的形式嵌入碳纤维内，相对于固相碳包覆，均匀连续包覆的碳纤维具有多孔结构，有利于电解液及锂离子的扩散。该核壳结构正极材料在水相电解液中，50C的放电容量为45 mAh/g，倍率性能良好。本项目的开展为材料的碳包覆提供一条重要的途径，丰富了材料研究的内容，具有重要意义。.另外，本项目还做了如下三方面工作:. (1)针对该核壳材料离子和电子电导差的问题，采用液固相结合方法合成了制备LiFe1-xMnxPO4系列材料，通过调控材料形貌尺寸、碳复合以期提高LiFe1-xMnxPO4的电子和离子导电性，从而改善正极材料LiFe1-xMnxPO4的电化学性能;.(2)从环境电化学领域的资源利用考虑，我们开展了基于钛白副产制备锂离子电池电极材料(LiFePO4，Fe2O3)及其性能研究的工作，该工作主要是以期扩大制备LiFePO4的原料来源及制备新思路。以钛白副产绿矾为原料，利用水热法制备LiFePO4正极材料。碳包覆处理后，该金属离子掺杂型LiFePO4/C复合材料10 C倍率下的放电比容量可达90 mAh g-1, 1 C倍率下循环100圈后的容量保持率为95.3%，具有良好的电化学性能。 .(3)在富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2的制备及改性方面进行研究，该工作主要是基于LiFePO4材料的相关研究已很成熟，成功应用到电动汽车领域，但其能量密度不高，急需探索和研究新的高能量密度正极材料而提出来的。