LiFePO4的可控合成与嵌脱锂机理研究

橄榄石结构磷酸亚铁锂(LiFePO4)是电动汽车用锂离子动力电池的关键材料。本项目致力于LiFePO4材料合成工艺-颗粒形貌-颗粒尺寸-嵌脱离机制-电化学性能构效关系的建立。优选出合适合成工艺参数，控制合成系列具有不同颗粒形貌和颗粒尺寸的纯相LiFePO4晶体材料；在材料合成基础上，系统和深入研究颗粒形貌和颗粒尺寸对LiFePO4在电化学反应过程中嵌脱锂及不同衍生相(富锂相Li1-bFePO4和缺锂相LiaFePO4等)或其它相的生成和转化的影响机制。通过对基础嵌脱锂机理的研究，总结出限制LiFePO4材料电化学性能，尤其是大电流充放电性能的关键因素，为LiFePO4材料的改性提供理论指导。预期研究成果同时可为进一步设计和制备适合于电动汽车用下一代(尤其是一些具有我国自主知识产权的)电极材料提供基础数据积累和理论保障。

通过本项目的资助，取得了如下研究成果：(a)成功合成了不同颗粒形貌(空心、立方、菱形、纳米棒以及纳米片资助装微米片等)和尺寸(20nm-20um连续可控)的LiFePO4以及LiFe1-xMnxPO4固溶体晶体材料；(b)通过合成过程的反应机理研究，总结出了有效控制LiFePO4晶体材料的晶体相、颗粒形貌及尺寸的关键因素；(c)深入研究了不同颗粒形貌和尺寸对LiFePO4材料的电化学性能及嵌脱锂和相转化特点。发现了在空心结构LiFePO4纳米晶的嵌脱锂过程中，第三相Li0.6FePO4相始终存在，而且在充放电过程中，从富锂相Li1-aFePO4到缺锂相LibFePO4的转化，不是慢慢相生成和转化过程，而是存在明显的新相生成滞后性。通过制备空心纳米结构和用Mn替代参杂Fe的方法，大大提高了LiFe1-xMnxPO4的能量和功率密度。本项目顺利完成了原计划的要求，同时在新能源材料其他相关领域，如：高容量FeFx以及高能Li2MnO3•3LiNi0.5-xMn0.5-xCo2xO2正极材料，和高度石墨化多孔碳、SnNi/C复合物以及铁氧化物等高能负极材料等方面进行了许多有益的探索，开拓了许多后续研究的创新点。