稀土Sm掺杂LiFePO4/C正极材料的结构和电化学性能
Structure and Electrochemical Properties of Sm-Doped Lithium Iron Phosphate Cathode Materials
作者单位
张秋明 燕山大学环境与化学工程学院秦皇岛 066004 
乔玉卿 燕山大学环境与化学工程学院秦皇岛 066004 
赵敏寿 燕山大学环境与化学工程学院秦皇岛 066004
燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室秦皇岛 066004 
王立民 中国科学院长春应用化学研究所稀土资源与利用国家重点实验室长春 130022 
摘要: 采用高温固相法制备LiFe1-xSmxPO4 /C(x=0,0.06,0.08,0.10)锂离子电池正极材料,并用XRD,SEM,CV及EIS等方法进行结构和电化学性能的测试。结果表明,通过该法制得的样品均具有橄榄石型晶体结构。Sm的掺杂可明显细化颗粒,并导致LiFePO4晶格中c轴方向的P-O键长增加,其中x=0.08样品P-O键长最大(0.152 8 nm),明显大于未掺杂样品的键长(0.142 2 nm)。电化学性能测试表明,掺杂后LiFePO4的放电容量增加,循环稳定性能提高。在-20~40 ℃的温度区间内,放电容量随温度的升高而增加,其中x=0.08的样品40 ℃时放电容量为159 mAh·g-1,但测试温度达到60 ℃时,放电容量急剧下降。EIS测试表明Sm的掺杂可以明显改善电极表面电化学反应的动力学性能,降低电荷转移电阻,提高交换电流密度。
关键词: 磷酸亚铁锂  稀土Sm  正极材料  锂离子电池
基金项目: 
Abstract: Microstructure and electrochemical properties of LiFe1-xSmxPO4 /C(x=0, 0.06, 0.08, 0.10) have been investigated using XRD, SEM, CV, EIS measurements. All the samples have the crystal structure of olivine. With increasing Sm substitution content, the particles of synthesized LiFe1-xSmxPO4 /C are fine and homogeneous in size. The optimal doping content of Sm is that x=0.08 in the LiFe1-xSmxPO4 /C samples to achieve high discharge capacity and good cycle performances. The temperature effect indicates that the discharge capacity increases with the rise of temperature in -20~40 ℃. The sample with x=0.08 delivers the discharge capacity of 159 mAh·g-1 at 40 ℃, while the discharge capacity decreases drastically at 60 ℃. EIS test demonstrates that the doping of Sm can improve the dynamic performance, decreases the charge transfer resistance Rct and increases the exchange current density i0 greatly.
Keywords: lithium iron phosphate  Sm  cathode  lithium-ion battery
 
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张秋明,乔玉卿,赵敏寿,王立民.稀土Sm掺杂LiFePO4/C正极材料的结构和电化学性能[J].无机化学学报,2012,28(1):67-73.
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