论文部分内容阅读
磷酸铁锂（LiFePO4）作为锂离子电池正极材料,有着污染性低、高温安全稳定,原料便宜等优点,但也存在电子传导和锂离子扩散系数低的缺点,因此其倍率性能较差。目前主要通过制备纳米化的LiFePO4来解决该问题。但纳米化材料的尺寸分布通常不均一,且比表面积大,振实密度小,增加了锂离子的扩散距离。因此,寻找一种既可以减少晶粒尺寸又可以提高电导率和锂离子扩散速率的方法尤为重要。本论文设计并制备了三维结构LiFePO4纳米线阵列,既减少了LiFePO4的尺度,也提高了电导率和锂离子扩散速率,提高了材料的充放电性能。本论文采用二步阳极氧化的方法制备了厚度可控、孔径可调的阳极氧化铝（AAO）模板。实验结果表明:控制二次氧化的时间可以调节AAO模板的厚度,孔径的大小和磷酸扩孔时间也存在一定线性关系。实验可制得孔径大小60-400nm的AAO模板。以氯化亚铁、柠檬酸、磷酸、碳酸锂为原料,通过溶胶-凝胶法可以制得均一的Li Fe PO4纳米级颗粒。柠檬酸的加入既起到了包覆导电碳的作用,也抑制了颗粒的长大,制得的颗粒尺寸约100nm,电导率为3.1×10-3S/cm。纳米颗粒也表现出了良好的电化学性能。在0.1C和10C的充放电容量为156m Ah/g、88m Ah/g,且10C循环50圈容量衰减率小。以PVP为粘结剂通过静电纺丝制备出直径为100nm的一维Li Fe PO4纳米线,该纳米线的电化学性能均与纳米颗粒接近,说明纳米线也可以降低Li Fe PO4的尺寸,减小锂离子扩散的曲折距离,从而提高了Li Fe PO4的电化学性能。上述纳米材料的成功制备为制备三维纳米线阵列奠定了基础。以阳极氧化铝（AAO）为模板,采用上述溶胶-凝胶法制得的LiFePO4前驱体,利用真空负压将前驱体填充入模板中,并进行脱模干燥处理,可得到三维Li Fe PO4纳米线阵列。阵列中的纳米线直径与模板孔径一一对应,且排列规整,互相平行。由于特殊的纳米线结构形成了定向的锂离子传输通道,缩短了锂离子的扩散距离,因此,相对纳米颗粒而言,阵列与电解液的接触电阻降低,锂离子传输速度加快（2.87×10-14 cm2/s）,且反应的可逆性增加,循环性能和倍率性能得到了进一步提高,在0.1C和10C下充放电容量可达160m Ah/g、106 m Ah/g。