《碳质材料对磷酸铁锂正极材料物理和电化学性能的影响.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《碳质材料对磷酸铁锂正极材料物理和电化学性能的影响.pdf（15页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第2 6 卷第3 期2 0 1 1 年6 月新型炭材料N E WC A R B o NM A T E R I A L SV 0 1 2 6N o 3J u n 2 0 1 1A r t i d eI D：1 0 0 7-8 8 2 7(2 0 1 1)0 3-0 1 6 1 1 0E f f e c t so fc a r b o n a c e o u sm a t e r i a l so nt h ep h y s i c a la n de l e c t r o c h e m i c a lp e r f o r m a n c eo faL i F e P 0 4c a t h
2、o d ef o rl i t h i u m i o nb a t t e r i e sK A N GF e i y u l 一，M AJ u n l 一，L IB a o h u a l(1 A d m n c e dM a t e r i a l sI n s t i t u t e，G r a d u a t eS c h o o l lS h e n z h e n，T s i n g h u aU n i t i t y，S h e n z h e n5 1 8 0 5 5。C h n a；2 D e p a r t m e n t 矿肘曲喊如S c i e I i o Ba n
3、 d 西谬融e 哪，T s i n g h u aV n i v e r s i t y，B e l t i n g1 0 0 0 8 4，C h i n a)A b s t r a c t：me f f e c t so fc a r b o n a c e o u sm a t e r i a l so nt h ep h y s i c a la n de l e c t r o c h e m i c a lp e r f o r m a n c eo fL i F e P 0 4 Cb 弘b r i d sa l er e v i e w e d T h em a j o rr o
4、l e，a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fc a r b o n b a s e dm a t e r i a l si nL i F e P 0 4 c a r b o nh y b r i d sa l ed i s c u s s e d 1 1 1 ei n t r o d u c t i o no fa ni n s i t ug r o w nc a r b o nc o a t i n gw o u l db eb e n e f i c i a lt ol i m i t i n gt h eL i F e
5、P 0 4p a r t i c l eg r o w t ha n di n c r e a s i n gt h ee l e c t r i cc o n d u c f i v i t y 1 1 1 es t r u c t u r ea n dp r e c u r s o r so ft h ei ns i t ug r o w nc a r b o n sh a v eag r e a ti n f l u e n c ei nt h er a t ep e r f o r m a n c eo ft h eh y b r i d s w h i c hc a nb er e
6、l a t e dt oa ni m p r o v e de l e c t r o na n di o nt r a n s f e rr a t e D e p o s i t i o no f1j F e p 0 Ji n t oac a r b o n a c e o u sm a t r i xs u c ha sat e m p i a t e dm e m b r a n ec a l li n c r e a s et h ec o n t a c t a r e ab e t w e e nt h ea c-t i v em a t e r i a l sa n dt h
7、ee l e c t r o l y t e w h i c hf a v o r saf a s ti o nt r a n s p o r t n ea d d i t i o no fc o n d u c t i v ec a r b o na n dg r a p h e n ew o u l do n l ye f f e c t i v e l yi n c r e a s et h ee l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t y I no r d e rt oa c h i e v ea ne x c e l l e n te l e c
8、 t r o e h e m i c a lp e r f o r m a n c eo fL i F e P 0 4，i ti sn e c e s s a r yt ot a k ea d v a n t a g eo fa n dt oc o m b i n et h e s ea p p r o a c h e st oo p t i m i z ee l e c t r o na n di o nt r a n s f e rr a t e s A l s o，i ti sm o s ti m p o r t a n tt om i n i m i z et h ec a r b o
9、 nc o n t e n ti nL i F e P 0 4 c a r b o nh y b r i d st oi n c r e a s ev o l u m e t r i ce n e r g yd e n s i t ya n dt a pd e n s i t yw h e np r a c t i c a la p p l i c a t i o n si ne l e c t r i cv e h i c l e sa l et a r g e t e d K e y w o r d s：L i t h i u mi r o np h o s p h a t e；C a r
10、 b o nc o a t i n g；C a r b o n a c e o u sm a t r i x；C o n d u c t i v ec a r b o n；C a r b o nn a n o t u b e；G r a p h e n eC L Cn u m b e r：T B-3 3 3D o c u m e n tc o d e：AlI n t r o d u c t i o nW i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ea u t o m o b i l ei n d u s t r ya n dt h es u
11、s t a i n a b l eg r o w t ho ft h eg l o b a le c o n o m y t h eo n t p u t sa n do w n e r s h i p so fa u t o m o t i v e sa l lo v e rt h ew o r l dw i l lb es h a r p l yi n c r e a s e de v e r yy e a r T h e nt h ee n e r g yc o n s u m p t i o na n dt h ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t
12、 i o na r o u s e db yt h ei n t e r n a lc o m b u s t i o ne n g i n eo fv e h i c l e sw i l lb e c o m em o r ea n dm o r es e r i o u s I nt h i sd i l e m m a。t h ed e v e l o p m e n to fe l e c t r i cv e h i c l e(E V)i n d u s t r yi sc o n s i d e r e dt ob ea l lo p t i m a ls o l u t i
13、o nt ot h e s ep r o b l e m si nt h et r a n s p o r ts e c t o r A sar e s u l t，t h ep o w e rs y s t e ms u p p l i e dt od r i v eE V sb e c o m e so n eo fh o tr e s e a r c ha r e a s I nt h ef i g h to ft h eo u t s t a n d i n gc o m m e r c i a ls u c c e s so ft h el i t h i u m i o nb a
14、t t e r i e si np o r t a b l ed e v i c e s ag r e a ti n t e r n a t i o n a li n t e r e s th a sb e e nf o c u s e do na p p l y i n gt h el i t h i u m i o nb a t t e r yt e c h n o l o g yt oE V s A sap a r a m o n n tc o m p o n e n to fl i t h i a m i o nc e l l，e l e c t r o d em a t e r i
15、a l s，e s p e c i a l l yc a t h o d em a t e r i a l s，a r ea t t r a c t i n gv a s ta t t e n t i o nf r o ms c i e n c ea n di n d u s t r y I nr e c e n ty e a r s。l i t h i u mi r o np h o s p h a t e(L i F e P O d)w i t ha no l i v i n es t r u c t u r eh a sb e e ns e l e c t e da so n eo ft
16、 h ep r o m i s i n gc a t h o d em a t e r i a l sf o rE V sa n dh a sb e c o m eaf o c a lp o i n to fe x t e n s i v ei n v e s t i g a t i o n T l l i sc a t h o d em a t e r i a lp o s s e s s e ss e v e r a lp a r t i c u l a rf e a-t u r e s。s u c ha sp o t e n t i a ll o wc o s t，e n v i r o
17、 n m e n t a lc o m p a t i b i l i t y，n o n t o x i c i t ya n de x c e p t i o n a lt h e r m a ls t a b i l i t ye v e na taf u l lc h a r g e ds t a t e。1。w h i c hp e r f e c t l ys a t i s f yt h er e q u i r e m e n t st or e p l a c et h ec o m m e r c i a lL i C o O，H o w e v e r t h em a
18、j o rd r a w b a c k so ft h i se l e c t r o d em a t e r i a ll i ei ni t si n t r i n s i c a l l yp o o re l e c t r i cc o n d u c t i v i t y(a b o u t1 0 一1 0。1 0S c m。1)a n dl o wL i+t r a n s p o r tv e l o c i t y(a p p r o x i m a t e l y1 0。1 4c m 2 s 一)2 引F o rt h i sr e a s o n，L i F e
19、 P o dc a no n l yd e l i v e rr e l a f i v e l yh i g hs p e c i f i cc a p a c i t ya ta l le x t r e m e l ys m a l lc u r r e n td e n s i t y，w h i c hi sd i f f i c u l tt om e e tt h ep r a c t i c a ld e m a n d sf o rt h eh i g hr a t ea n dp u l s e p o w e ra p p l i c a t i o n s R e c
20、e i v e dd a t e：2 0 1 1 0 5 旬8：R e v i s e dd a t e：2 0 1 l-0 6-0 6F o u n d a t i o n i t e m：N a t i o n a lN a t u r eS c i e n c e F o u n d a t i o no f C h i n a u n d e r C a-a n t(5 0 6 3 2 0 4 0，5 0 8 0 嬲)，C m a n g d o n gP r o v i n c e I n n o v a t i o nR D T e a mP l a na n dS h e n z
21、 h e nT e c h n i c a lP 1 a nP r o j e c t(J P 2 0 0 8 0 6 2 3 0 0 1 0 A，S G 2 0 0 8 1 0 1 5 0 0 5 4 A)C o r r e s p o n d i n ga u t h o r：K A N GF 西-y u，P r o f e s s o r，T e l：+8 6 7 5 5-2 6 0 3 6 l1 8，E m a i l：母k a n g t s i n g l i u a e d u c n；M AJ u n，两D，T e l：+8 6 _ 7 5 5-2 6 0 3 6 8 6，E
22、m a i l：m j 0 2 m a i l s t s i n g h u a e d 饥A u t h o ri n t r o d u c t i o n：K A N GF e i-y u(1 9 6 2 一)，m a l e，P r o f e s s o r，e n g a g e di nr e s e a r c ho f p r e p a r a t i o n，c h a r a c t e r i z a t i o na n da p p l i c a t i o no f n e wc a r b o nm a t e r i a l s T e l：+8 6 7
23、 5 5 2 6 0 3 6 1 1 8，E m a i l：f y k a n g t s i n g h u a e d u E n g l i s he d i t i o na v a i l a b l eo n l i n eS c i e n c e D i r c c t(h t t p：l l w w w s c i e n c e d i r e c t e o m s c i e n c e j o u m a l 1 8 7 2 5 8 0 5)D O I：1 0 1 0 1 6 S 1 8 7 2-5 8 0 5(1 1)6 0 0 7 3-5万方数据1 6 2 新型
24、炭材料第2 6 卷T h e r e f o r e，r e c e n ts t u d i e so fL i F e P 0 4-d e r i v e dc a t h o d em a t e r i a l sw e r ep r i m a r i l yo r i e n t e dt o w a r d sh o wt oe f f i c i e n t l yi l l c r e a s et h ee l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t ya n df a c i l i t a t et h el i t h i u m i
25、 o nt r a n s f e r O n l yi nt h i sw a y e x c e l l e n tr a t ec a p a b i l i t ya n dc y c l i n gs t a b i l i t yc o u l db ea c h i e v e d C o r r e s p o n d i n g l y，al a r g en u m b e ro fs t r a t e g i e sh a v eb e e np r o p o s e d，s u c ha st a i l o r i n gt h ep a r t i c l es
26、 i z e(d o w nt ot h es u b m i c r o nl e v e l，e v e nn a n o m e t e r)o p t i m i z i n gt h em o r p h o l o g y，d e c o r a t i n gt h es u r f a c ew i t hc o n d u c t i v ea g e n t s，f o r m i n gL i F e P 0 4 c a r b o nh y b r i d sL 4。7oa n dd o p i n gt h eh o s tf r a m e w o r kw i t
27、 ha l i e ni o n so nt h eL i i o ns i t e(M 1 一s i t e)o r a n dt h eF e i o ns i t e(M 2 一s i t e)“引v i av a r i o u ss y n t h e s i sm e t h o d s t1 9 2 4 H o w e v e r，w h a t e v e rs t r a t e g yi st a k e n，m a k i n gac o m p o s i t ew i t hc a r b o nm a t e r i a li sr e g a r d e da s
28、a tl e a s ta ne f f o r t f u lw a ya n dt h em o s ti m p o r t a n tt e c h n i q u et oe n h a n c et h es p e c i f i cc a p a c i t y，r a t ec a p a b i l i t ya n dt h ec y c l i n gs t a b i l i t yo fL i F e P 0 4 T h e r eh a v eb e e ns o m ee x c e l l e n tr e v i e w so nt h ep h y s i
29、 c o c h e m i c a la n de l e c t r o c h e m i c a lp e r f o r m a n c eo fL i F e P O dc a t h o d e si nt e r m so fs y n t h e s i sp r o c e d u r e s。m e c h a n i s m so fl i t h i a t i o n d e l i t h i a t i o n。s o l i ds o l u t i o nb e h a v i o r，d o p i n ga n ds u r f a c em o d i
30、 f i c a t i o n st a r g e t i n ga ti t sp r a c t i c a la p p l i c a t i o n sL。“J N e v e r t h e l e s s 1 i t t l ea R e n t i o nh a sb e e np a i dt ot h ec a t e g o r i e so ft h ea v a i l a-b l ec a r b o nm a t e d a l s，t h ec o m p o s i t em a n n e rw i t hc a r-b o nm a t e r i a
31、 l sa n dt h e i re f f e c t so nt h ep e r f o r m a n c e T h e r e f o r e w et r i e dt os u m m a r i z et h i sp a r to fr e s e a r c hw o r k。h o p i n gt h a ti tw o u l db eo fu s et ou n d e r s t a n dc o m p r e h e n s i v e l yt h ei m p o r t a n tr o l eo ft h ec a r b o nm a-t e r
32、 i a l si nt h eL i F e P O d Cc o m p o s i t ea n dt od i s t i n g u i s hc l e a r l yt h ed i f f e r e n c e sa m o n gt h ee f f e c t so fv a r i o u sc o m p o s i t em a n n e r so nt h ep e r f o r m a n c eo fL i F e P O d I I l 山i sa r t i c l e t h ee f f e c t so fv a r i o u sc a r b
33、 o nm a t e d a l sa n dc o m p o s i t em a n n e r so nt h ep h y s i c a la n de l e c t r o c h e m i c a lp e r f o r m a n c eo fL i F e P O c a r b o n。b a s e dh y b r i d sa r er e v i e w e d 2D e c o r a t i n gt h es u r f a c ew i t hc a r b o nc a r b o nc o a t i n gi so n eo ft h em
34、o s tc o m m o na p-p r o a c h e st oe n h a n c i n gt h ee l e c t r o c h e m i c a lp e r f o r m a n c eo fL i F e P 0 4 T h em a j o rr o l eo ft h ec a r b o nc o a t-i n gi sn o to n l yt od r a m a t i c a l l yi n c r e a s ei n t e r g r a n u l a re l e c t r i cc o n d u c t i v i t y，
35、b u ta l s ot oe f f i c i e n t l yh i n d e rp a r t i c l eg r o w t h，r e d u c eg r a i ns i z ea n de v e no p t i m i z et h em i c r o s t r u c t u r e T h ei n c r e a s ei nt h ee l e c t r i cc o n d u c t i v i t yw o u l db eb e n e f i c i a lt or a i s i n gt h eu t i l i z a t i o n
36、o ft h ea c t i v em a t e r i a l sa tu s e f u lr a t e s T h er e f i n e dp a r-t i c l es i z ew o u l db ef a v o r a b l ef o rs h o r t e n i n gt h ed i f f u s i o nd i s t a n c eo fl i t h i u mi o n sa n dt h u st h e l i t h i u m i o nd i f f u s i o nv e l o c i t yw o u l db ei m p
37、r o v e d M o r e o v e r ap o r o u sa n dl o o s em i c r o s t r u c t u r ew o u l db ea d v a n t a-g e o u st oa c h i e v i n gu n h i n d e r e dc o n t a c to fe l e c t r o l y t ew i t hp a r t i c l ee x t e r i o r【l A l lt h e s ea r ek e yf a c t o r st od e t e r m i n et h ee l e c
38、t r o c h e m i c a lp e r f o r m a n c e so fL i F e P 0 4 L i F e P 0 4a n dL i F e P 0 4 Cc o m p o s i t em a t e d-a l sw e r es y n t h e s i z e dv i aa ni n o r g a n i c b a s e ds 0 1 g e lm e t h o d，p r o p o s e db yu s，u s i n gF e C l 2 4 H 2 0，L i 2 C 0 3a n dH，P o。嬲t h er a wm a t
39、e r i a l sa n dc i t r i ca c i da st h ec a r b o ns o u r c e I tw a sf o u n dt h a tt h eb u l ke l e c t r i cc o n d u c t i v i t yf o rL i F e P O dw a sa b o u t5 2 9 1 0 一S c m A f t e rc a r b o nc o a t i n g。t h ee l e c t r i cc o n d u c t i v i t yi sd r a m a t i c a l l yi n c r e
40、 a s e d W h e nt h er e s i d u a lc a r b o nw a sa b o u t2 3 b ym a s sf r a c t i o n t h eb u l ke l e c t r i cc o n-d u c t i v i t yw a si n c r e a s e db y3o r d e r so fm a g n i t u d e。a p p r o x i m a t e l y4 1 4 x 1 0 一S c m 一1 A n dw i t ht h ec o n t i n u e di n c r e a s ei nt
41、h er e s i d u a lc a r b o nc o n t e n t t h ee l e c t r i cc o n d u c t i v i t yw a si n c r e a s e du pt oa b o u t2 8 2 x 1 0 4a n d1 4 4 x1 0 一S c m“f o rt I l er e m a i n i n gc a r b o no f4 5a n d1 5 b ym a s sf r a c t i o n r e s p e c t i v e l y T h er e s u i t sa r es i m i l a r
42、t ot h o s er e p o r t e db yB e w a l ye ta 1 L 驯A tt h es a m et i m e t h ec a r b o nc o a t i n ga l s ol e dt oe v i d e n tr e d u c t i o no ft h ep a r t i c l es i z eb e c a u s eo fas t e r i ch i n d r a n c ee f f e c t T h ep a r t i c l es i z ew a sr e d u c e df r o m1“mt o9 2 a m
43、，7 la ma n d4 4 a mu p o nt h er e s i d u a lc a r b o nc o n t e n t so f2 3 4 5a n d1 5 b ym a s sf r a c t i o n，r e s p e c t i v e l y(a ss h o w ni nF i g 1)C o r r e s p o n d i n g l y，t h er a t ec a p a b i l i t ya n dc y c l i cs t a b i f i t yw e r eg r e a t l ye n h a n c e da f t e
44、 ra m o r p h o u sc a r b o nc o a t i n g(a ss h o w ni nF i g 2 aa n d2 b)A tO 1C，“F e P O。o n l yd e l i v e r e dac a p a c i t yo fa b o u t18m A h g a n dt h ec a p a c i t yf a d i n gr a t ew a sr e m a r k a b l yh i g h M e a n w h i l e，L i F e P O。w i t har e s i d u a lc a r-b o no f4
45、5 e x h i b i t e dah i g hs p e c i f i cc a p a c i t yo fa b o u t1 6 2 7m A h g a n de x c e l l e n tc y c l i n gs t a b i l i t y I na d d i t i o n i ti sw o r t hm e n t i o n i n gt h a tt h ep r e e x i s t-i n gc a r b o nm a t e r i a l so ro r g a n i cp r e c u r s o r sm i g h ta c t
46、a sp o t e n t i a lr e d u c i n ga g e n t sa n dt h u sc o u l de f n c i e n t l yp r e v e n tt h eo x i d a t i o no fF+t oF e j+d u r i n gt h ec o u r s eo fs i n t e r i n g0 2 5。H o w e v e r t h ed i s a d v a n t a g e so ft h ec a r b o nc o a t i n ga l et h a tc o s tw a si n e v i t
47、a b l yu pa n di t st a pd e n s i t yw a sg r e a t l yd o w n，w h i c hw o u l dd i r e c t l yl e a dt oal o wv o l u m e t r i ce n e r g yd e n s i t y l I na d d i t i o n at h i c kc a r b o nc o a t i n gw o u l dn o tl e a dt oaf u 卜t h e ri m p r o v e m e n to ft h el i t h i u m i o nd i
48、 f f u s i o na n dw o u l db ed e t r i m e n t a lt oe l e c t r o d ee l e c t r o c h e m i c a lp e r-f o r m a n c eL I no u re x p e r i m e n t a ss h o w ni nF i g 2 c，i tw a s f o u n dt h a tL i R：P o。w i t hac a r b o nc o a t i n go f4 5n m(ar e s i d u a lc a r b o no f1 5 b vm a s sf
49、r a c t i o n)s h o w e dap o o rr a t ec a p a b i l i t y，c o m p a r e dw i t I lt h a to fac a r b o nc o a t i n go f3 3n m(ar e s i d u a lc a r b o no f4 5 b ym a s sf r a c t i o n)T h e r e f o r e i ti so fp a r a m o u n ti m p o r t a n c et oo p t i m i z et h ea m o u n to fc a r b o n
50、c o a t e do nt h es u r f a c eo fL i F e P 0 dt om e e tp r a c-万方数据第3 期K A N GF c i-y ue ta l：E f f e c t so fc a r b o n a c e o u s m a t e r i a l so R t h ep h y s i c a la n de t r o c h e m i C a l1 6 3f i c a lr e q u i r e m e n t sf o rE Va p p l i c a t i o n si nt e r m so ft h ec o s