球磨法制备多孔LiFeO2及其电化学性能研究

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摘要：现在的锂离子电池正极材料通常为锂钴氧，它极大地限制着锂电池的能量密度，因此人们在不断的开发新型正极材料，很多材料都极大的被外在的因素所影响。所以人们自然把关注点放在无毒无害且资源丰富的Fe元素上，LiFeO2作为一种LiMO2系列的正极材料，具有与LiCoO2相似的岩盐结构，它的理论比容量可以高达283 mAh g-1，但它也存在循环稳定性不是很好、导电性能有些差及倍率性能达不到要求等这些问题。本文通过球磨法以及随后的高温烧结来获得纯相的LiFeO2，材料表征显示得到的样品是纳米颗粒的聚集体。同时，我们考察了所制备样品的电化学性能。50996

毕业论文关键词：锂离子电池，铁酸锂，正极材料，球磨。

Ball-milling synthesis porous LiFeO2 cathode material and its electrochemical performance

Abstract: Seeking high-energy and low-cost cathode materials as alternative for commercial LiCoO2 in lithium-ion batteries has been a hot topic. As a kind of LiMO2 cathode materials, LiFeO2 is attracting more and more attention due to its high energy density (283 mAh g-1), low cost and environment benign. However, the cycle and high rate performance of LiFeO2 are still not good enough to meet the practical application. In this work, we develop a facile ball-milling route to prepare porous LiFeO2. Different calcined temperature also investigated. All the LiFeO2 samples are evaluated as cathodes for lithium-ions batteries.

Keywords: Lithium-ion batteries, LiFeO2, cathode material, ball-milling.

一：前言

早在1970年,意大利化学家Volt就发明了第一款电池，这让人们对电池有了一个初步的了解。近些年由于以石油为源动力的汽车会排放大量的废气，造成环境的污染，我们的世界出现越来越多的雾霾，影响着人们的健康与生活，所以这些年来电动汽车、电动自行车等电动工具受国家产业政策的大力支持，有了非常迅速的发展，被运用于这些电动工具的高容量锂离子电池已经成为了一个巨大的商机。

锂离子电池[1-2]是一种充电电池，锂离子电池通常是以石墨做为负极材料，含锂的化合物做为正极材料的电池，它在充电的过程中没有金属锂的存在，只有锂离子。它的工作原理（图1）是依靠锂离子在正负极之间互相移动而工作。在充放电过程中，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态，放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料做为电极，是现在高性能电池的代表，很受人们的喜欢。现有的商业化锂离子电池正极是锂钴氧，负极是石墨[3]。作为负极，石墨的理论容量[4]只有372mAh g-1，作为正极，锂钴氧只能进行0.5个电子的可逆脱嵌，克容量在130-140之间，极大的限制着锂电池的能量密度，同时钴元素还存在成本较高和对环境有害等缺点，所以开发新的安全和高能电极材料势在必行。论文网

锂离子电池的离子移动示意图

图1. 锂离子电池的离子移动示意图

在不断开发新型正极材料的研究中发现：1.有的材料资源很丰富价格也低并且安全性能很高，但在使用时容易发生Jahn-Teller效应[5]，这样会让电池容量快速衰减，比如LiMnO2 :2.有的合成条件非常苛刻并且安全性能很差，比如LiNiO2[6]。在这些外在的因素下，人们自然而然把关注点放到了Fe上，众所周知，Fe是地球上随处可见的、丰富且无毒无害的物质，LiFeO2【7-10】作为一种LiMO2系列的正极材料，具有与LiCoO2[11]相似的岩盐结构，它的理论比容量可以高达283mAh g-1，接近现有商业化LiCoO2的两倍，可以极大的提升锂离子电池的能量密度。