介孔磷酸铁锂的可控制备和性能研究

磷酸铁锂是极有潜力的锂离子蓄电池特别是动力锂离子蓄电池的正极材料，然而磷酸铁锂的电导率低是制约其实际应用的关键问题。介孔磷酸铁锂具有比表面积大的特点，有利于电解液与其表面的充分接触，缩短Li+扩散路径，提高其电导率，是解决磷酸铁锂实际应用的一条新途径。本项目将采用以介孔硅模板、聚合物胶体颗粒、碳球为硬模板和以表面活性剂、嵌段共聚物为软模板的方法，调控LiFePO4及其复合物的介孔结构，研究LiFePO4分子与模板或溶剂等分子间或界面作用行为，探索介孔结构与电化学性能间的关联性规律，开辟可控制备锂电池正极材料介孔结构的普适性新途径，为获得高性能锂电池正极材料及其在动力电池领域中的应用提供科学依据和技术支撑。

采用溶胶凝胶法合成了LiFePO4/C多孔材料，孔径尺寸处于介孔与大孔范围，具有较好的电化学性能，并且讨论了不同Fe、Li、P配比、不同浓度、不同搅拌时间、不同烧结温度、不同烧结时间、不同升温速率对材料结构、孔径、孔分布和性能的影响，从而不断优化反应条件，提高放电比容量和循环性能，得到最佳的制备条件，并对反应机理进行了探讨。LiFePO4/C材料中的孔结构提供了锂离子的通道。在此基础上，进一步进行了F掺杂，从而提高磷酸铁锂的电化学性能。采用新型的结合高温煅烧的溶剂热法制备三维多孔纳米结构的LiFePO4微球正极材料，并以葡萄糖为碳源对其进行碳包覆，讨论了煅烧温度对材料结构形貌和充放电性能的影响。采用碳纳米球为硬模板制备多孔LiFePO4/C，但电化学性能并不理想。采用同样原料方法而不添加碳纳米球硬模板，依然制备了多孔LiFePO4，但该材料的放电比容量较高，达到129mAh/g。碳纳米球作为硬模板并未起到提高磷酸铁锂电化学性能的效果。以磷酸铁、氢氧化锂、葡糖糖为原料采用固相法制备磷酸铁锂，研究发现烧结温度改为800℃，葡萄糖的质量比为20%时，放电比容量可以达到150mAh/g，并且循环性能良好。该方法简便易行，可用于规模化制备磷酸铁锂，并且讨论了葡萄糖与磷酸铁的质量比、烧结温度、烧结时间、Fe与Li摩尔比对产物结构和性能的影响。利用简单的溶剂热法制备了Mg/Al层状双氢氧化物的三维微纳结构材料,通过控制反应条件分别得到了六方纳米片、玫瑰花状的微纳结构、菊花状的微纳结构和球形微纳结构。这些微纳结构是在溶剂热条件下通过纳米片自组装形成的。以碳球为模板制备了α-Fe2O3的纳米结构材料，如中空纳米球、多孔纳米球、类似于枣状的纳米结构。利用微乳法制备了Co3O4的纳米结构材料，考察了反应条件对产物形貌的影响，并且提出了不同形貌纳米结构可能的形成机理。