C-LiFePO4/聚三苯胺复合锂离子电池正极材料的制备与性能

苏畅 黄启飞 徐立环 张诚

引用本文: 苏畅, 黄启飞, 徐立环, 张诚. C-LiFePO4/聚三苯胺复合锂离子电池正极材料的制备与性能[J]. 物理化学学报, 2014, 30(1): 88-94. doi: 10.3866/PKU.WHXB201311072 shu
Citation:  SU Chang, HUANG Qi-Fei, XU Li-Huan, ZHANG Cheng. Preparation and Performances of C-LiFePO4/Polytriphenylamine Composite as Cathode Material for Lithium-Ion Batteries[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(1): 88-94. doi: 10.3866/PKU.WHXB201311072 shu

C-LiFePO4/聚三苯胺复合锂离子电池正极材料的制备与性能

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51003095,51103132) (51003095,51103132)

    浙江省公益性技术应用研究计划(2010C31121)资助项目 (2010C31121)

摘要:

通过低温溶剂热法和高温热处理技术合成了橄榄石结构的LiFePO4/carbon (C-LiFePO4)纳米材料. 在此基础上,通过溶液共混法制备了一种新型的聚三苯胺(PTPAn)修饰包覆的C-LiFePO4复合锂离子电池正极材料(C-LiFePO4/PTPAn). 利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电化学阻抗谱(EIS)以及恒电流充放电等测试方法,考察PTPAn 包覆量对C-LiFePO4/PTPAn 复合正极材料性能的影响. 结果表明:通过溶液共混法PTPAn能够致密地包覆在C-LiFePO4表面,形成一个有效的电子/离子传输通道从而有效提高CLiFePO4基复合材料的电化学活性. 所有样品中C-LiFePO4/10% (w) PTPAn作为正极材料呈现出最佳的电化学性能,在0.1C倍率恒流充放电下材料首次放电比容量为154.5 mAh·g-1,在10C高倍率恒流充放电下材料的放电比容量达到114.2 mAh·g-1. 当C-LiFePO4/PTPAn 复合材料表面包覆的PTPAn 含量进一步增加,复合材料的电化学性能出现下降的趋势. 电化学阻抗测试表明PTPAn包覆层明显减小了C-LiFePO4电极的电荷转移电阻.

English

    1. [1]

      (1) Srinivasan, V.; Newman, J. J. Electrochem. Soc. 2004, 151,1517. doi: 10.1149/1.1785012

      (1) Srinivasan, V.; Newman, J. J. Electrochem. Soc. 2004, 151,1517. doi: 10.1149/1.1785012

    2. [2]

      (2) Chung, S. Y.; Chiang, Y. M. Electrochem. Solid State Lett. 2003,6, 278. doi: 10.1149/1.1621289(2) Chung, S. Y.; Chiang, Y. M. Electrochem. Solid State Lett. 2003,6, 278. doi: 10.1149/1.1621289

    3. [3]

      (3) Xie, H. M.;Wang, R. S.; Ying, J. R.; Zhang, L. Y.; Jalbout, A.F.; Yu, H. Y.; Yang, G. L.; Pan, X. M.; Su, Z. M. Adv. Mater.2006, 18, 2609.(3) Xie, H. M.;Wang, R. S.; Ying, J. R.; Zhang, L. Y.; Jalbout, A.F.; Yu, H. Y.; Yang, G. L.; Pan, X. M.; Su, Z. M. Adv. Mater.2006, 18, 2609.

    4. [4]

      (4) Kim, D. K.; Park, H. M.; Jung, S. J.; Jeong, Y. U.; Lee, J. H.;Kim, J. J. J. Power Sources 2006, 159, 237. doi: 10.1016/j.jpowsour.2006.04.086(4) Kim, D. K.; Park, H. M.; Jung, S. J.; Jeong, Y. U.; Lee, J. H.;Kim, J. J. J. Power Sources 2006, 159, 237. doi: 10.1016/j.jpowsour.2006.04.086

    5. [5]

      (5) Bewlay, S. L.; Konstantinov, K.;Wang, G. X.; Dou, S. X.; Liu,H. K. Mater. Lett. 2004, 58, 1788. doi: 10.1016/j.matlet.2003.11.008(5) Bewlay, S. L.; Konstantinov, K.;Wang, G. X.; Dou, S. X.; Liu,H. K. Mater. Lett. 2004, 58, 1788. doi: 10.1016/j.matlet.2003.11.008

    6. [6]

      (6) Wu, S. H.; Hsiao, K. M.; Liu,W. R. J. Power Sources 2005,146, 550. doi: 10.1016/j.jpowsour.2005.03.128(6) Wu, S. H.; Hsiao, K. M.; Liu,W. R. J. Power Sources 2005,146, 550. doi: 10.1016/j.jpowsour.2005.03.128

    7. [7]

      (7) Alvaro, C.; Manuel, C. Y.; Julian, M.; Jesus, S. P.; Enrique, R.C. Eur. J. Inorg. Chem. 2006, 2006, 1758.(7) Alvaro, C.; Manuel, C. Y.; Julian, M.; Jesus, S. P.; Enrique, R.C. Eur. J. Inorg. Chem. 2006, 2006, 1758.

    8. [8]

      (8) Wang, G. X.; Bewlay, S. L.; Konstantinov, K.; Liu, H. K.; Dou,S. X.; Ahn, J. H. Electrochem. Acta 2004, 50, 443. doi: 10.1016/j.electacta.2004.04.047(8) Wang, G. X.; Bewlay, S. L.; Konstantinov, K.; Liu, H. K.; Dou,S. X.; Ahn, J. H. Electrochem. Acta 2004, 50, 443. doi: 10.1016/j.electacta.2004.04.047

    9. [9]

      (9) Barker, J.; Saidi, M. Y.; Swoyer, J. L. Electrochem. Solid State Lett. 2003, 6, 252. doi: 10.1149/1.1621288(9) Barker, J.; Saidi, M. Y.; Swoyer, J. L. Electrochem. Solid State Lett. 2003, 6, 252. doi: 10.1149/1.1621288

    10. [10]

      (10) Ni, J. F.; Zhou, H. H.; Chen, J. T.; Su, G. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2004, 20, 582. [倪江锋, 周恒辉, 陈继涛, 苏光耀. 物理化学学报, 2004, 20, 582.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20040606(10) Ni, J. F.; Zhou, H. H.; Chen, J. T.; Su, G. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2004, 20, 582. [倪江锋, 周恒辉, 陈继涛, 苏光耀. 物理化学学报, 2004, 20, 582.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20040606

    11. [11]

      (11) Sun, C. S.; Zhou, Z.; Xu, Z. G.;Wei, J. P.; Bian, X. K.; Yan, J.J. Power Sources 2009, 193, 841. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.03.061(11) Sun, C. S.; Zhou, Z.; Xu, Z. G.;Wei, J. P.; Bian, X. K.; Yan, J.J. Power Sources 2009, 193, 841. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.03.061

    12. [12]

      (12) Yu, C. Y.;Wang, Z. L.; Chen, Y.; Xia, D. G.; Chu,W. S.;Wu, Z.Y. Rare Metals 2009, 28, 317. doi: 10.1007/s12598-009-0062-y(12) Yu, C. Y.;Wang, Z. L.; Chen, Y.; Xia, D. G.; Chu,W. S.;Wu, Z.Y. Rare Metals 2009, 28, 317. doi: 10.1007/s12598-009-0062-y

    13. [13]

      (13) Liu, H.; Cao, Q.; Fu, L. J.;Wu, Y. P.;Wu, Q. H. Electrochem. Commun. 2006, 8, 1553. doi: 10.1016/j.elecom.2006.07.014(13) Liu, H.; Cao, Q.; Fu, L. J.;Wu, Y. P.;Wu, Q. H. Electrochem. Commun. 2006, 8, 1553. doi: 10.1016/j.elecom.2006.07.014

    14. [14]

      (14) Sun, G.; Jin, B.; Sun, G. P.; Jin, E.; Gu, H. B.; Jiang, Q. J. Appl. Electrochem. 2011, 41, 99. doi: 10.1007/s10800-010-0213-8(14) Sun, G.; Jin, B.; Sun, G. P.; Jin, E.; Gu, H. B.; Jiang, Q. J. Appl. Electrochem. 2011, 41, 99. doi: 10.1007/s10800-010-0213-8

    15. [15]

      (15) Saravanan, K.; Balaya, P.; Reddy, M. V.; Chowdari, B. V. R.;Vittal, J. J. Energy Environ. Sci. 2010, 3, 457. doi: 10.1039/b923576k(15) Saravanan, K.; Balaya, P.; Reddy, M. V.; Chowdari, B. V. R.;Vittal, J. J. Energy Environ. Sci. 2010, 3, 457. doi: 10.1039/b923576k

    16. [16]

      (16) Malik, R.; Burch, D.; Bazant, M.; Ceder, G. Nano Lett. 2010,10, 4123. doi: 10.1021/nl1023595(16) Malik, R.; Burch, D.; Bazant, M.; Ceder, G. Nano Lett. 2010,10, 4123. doi: 10.1021/nl1023595

    17. [17]

      (17) Recham, N.; Dupont, L.; Courty, M.; Djellab, K.; Larcher, D.;Armand, M.; Tarascon, J. M. Chem. Mater. 2009, 21, 1096. doi: 10.1021/cm803259x(17) Recham, N.; Dupont, L.; Courty, M.; Djellab, K.; Larcher, D.;Armand, M.; Tarascon, J. M. Chem. Mater. 2009, 21, 1096. doi: 10.1021/cm803259x

    18. [18]

      (18) Yang, H.;Wu, X. L.; Cao, M. H.; Guo, Y. G. J. Phys. Chem. C2009, 113, 3345. doi: 10.1021/jp808080t(18) Yang, H.;Wu, X. L.; Cao, M. H.; Guo, Y. G. J. Phys. Chem. C2009, 113, 3345. doi: 10.1021/jp808080t

    19. [19]

      (19) Tarascon, J. M.; Recham, N.; Armand, M.; Chotard, J. N.;Barpanda, P.;Walker,W.; Dupont, L. Chem. Mater. 2010, 22,724. doi: 10.1021/cm9030478(19) Tarascon, J. M.; Recham, N.; Armand, M.; Chotard, J. N.;Barpanda, P.;Walker,W.; Dupont, L. Chem. Mater. 2010, 22,724. doi: 10.1021/cm9030478

    20. [20]

      (20) Murugan, A. V.; Muraliganth, T.; Manthiram, A. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 14665. doi: 10.1021/jp8053058(20) Murugan, A. V.; Muraliganth, T.; Manthiram, A. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 14665. doi: 10.1021/jp8053058

    21. [21]

      (21) Ellis, B.; Kan,W. H.; Makahnouk,W. R. M.; Nazar, L. F.J. Mater. Chem. 2007, 17, 3248. doi: 10.1039/b705443m(21) Ellis, B.; Kan,W. H.; Makahnouk,W. R. M.; Nazar, L. F.J. Mater. Chem. 2007, 17, 3248. doi: 10.1039/b705443m

    22. [22]

      (22) Dokko, K.; Koizumi, S.; Kanamura, K. Chem. Lett. 2006, 35,338. doi: 10.1246/cl.2006.338(22) Dokko, K.; Koizumi, S.; Kanamura, K. Chem. Lett. 2006, 35,338. doi: 10.1246/cl.2006.338

    23. [23]

      (23) Dokko, K.; Koizumi, S.; Nakano, H.; Kanamura, K. J. Mater. Chem. 2007, 17, 4803. doi: 10.1039/b711521k(23) Dokko, K.; Koizumi, S.; Nakano, H.; Kanamura, K. J. Mater. Chem. 2007, 17, 4803. doi: 10.1039/b711521k

    24. [24]

      (24) Murugan, A. V.; Muraliganth, T.; Manthiram, A. Electrochem. Commun. 2008, 10, 903. doi: 10.1016/j.elecom.2008.04.004(24) Murugan, A. V.; Muraliganth, T.; Manthiram, A. Electrochem. Commun. 2008, 10, 903. doi: 10.1016/j.elecom.2008.04.004

    25. [25]

      (25) Lei, G. T.; Yi, X. H.;Wang, L.; Li, Z. H.; Zhou, J. Polym. Adv. Technol. 2009, 20, 576. doi: 10.1002/pat.v20:6(25) Lei, G. T.; Yi, X. H.;Wang, L.; Li, Z. H.; Zhou, J. Polym. Adv. Technol. 2009, 20, 576. doi: 10.1002/pat.v20:6

    26. [26]

      (26) Huang, Y. H.; odenough, J. B. Chem. Mater. 2008, 20, 7237.doi: 10.1021/cm8012304(26) Huang, Y. H.; odenough, J. B. Chem. Mater. 2008, 20, 7237.doi: 10.1021/cm8012304

    27. [27]

      (27) Zhao, H. B.; Yuan, A. B.; Liu, B. D.; Xing, S. Y.;Wu, X. Y.; Xu,J. Q. J. Appl. Electrochem. 2012, 42, 139. doi: 10.1007/s10800-012-0380-x(27) Zhao, H. B.; Yuan, A. B.; Liu, B. D.; Xing, S. Y.;Wu, X. Y.; Xu,J. Q. J. Appl. Electrochem. 2012, 42, 139. doi: 10.1007/s10800-012-0380-x

    28. [28]

      (28) Liu, L. L.;Wang, X. J.; Zhu, Y. S.; Hu, C. L.;Wu, Y. P.; Holze,R. J. Power Sources 2013, 224, 290. doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.09.100(28) Liu, L. L.;Wang, X. J.; Zhu, Y. S.; Hu, C. L.;Wu, Y. P.; Holze,R. J. Power Sources 2013, 224, 290. doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.09.100

    29. [29]

      (29) Feng, J. K.; Cao, Y. L.; Ai, X. P.; Yang, H. X. J. Power Sources2008, 177, 199. doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.10.086(29) Feng, J. K.; Cao, Y. L.; Ai, X. P.; Yang, H. X. J. Power Sources2008, 177, 199. doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.10.086

    30. [30]

      (30) Wang, Y.;Wang, Y.; Hosono, E.;Wang, K.; Zhou, H. Angew. Chem. Int. Edit. 2008, 47, 7461. doi: 10.1002/anie.v47:39(30) Wang, Y.;Wang, Y.; Hosono, E.;Wang, K.; Zhou, H. Angew. Chem. Int. Edit. 2008, 47, 7461. doi: 10.1002/anie.v47:39

    31. [31]

      (31) Nobili, F.; Croce, F.; Scrosat, I. B.; Marassi, R. Chem. Mater.2001, 13, 1642. doi: 10.1021/cm000600x(31) Nobili, F.; Croce, F.; Scrosat, I. B.; Marassi, R. Chem. Mater.2001, 13, 1642. doi: 10.1021/cm000600x

    32. [32]

      (32) Rodrigues, S.; Munichandraiah, N.; Shukla, A. K. J. Solid State Electrochem. 1999, 3, 397. doi: 10.1007/s100080050173

      (32) Rodrigues, S.; Munichandraiah, N.; Shukla, A. K. J. Solid State Electrochem. 1999, 3, 397. doi: 10.1007/s100080050173

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  756
  • 文章访问数:  885
  • HTML全文浏览量:  9
文章相关
  • 发布日期:  2014-01-01
  • 收稿日期:  2013-08-06
  • 网络出版日期:  2013-11-07
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章