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镁掺杂磷酸铁锂改性研究 滕国鹏，唐致远，徐强 （天津大学化工学院，天津 300072，中国） 摘要：金属离子掺杂可以提高磷酸铁锂材料的导电性，以突破其本身内在缺点的限制进而提高其作为锂离子 电池正极材料的电化学性能。但对于掺杂离子在LiFePO4晶格内的取代位置（Li位和Fe位）尚存在争议。文 献报道中按照两种取代化学计量比的掺杂改性均提高了材料的电化学性能。本文比较了上述两种不同方法。 通过对不同取代位置所需化学计量比来进行原料配比，高温固相反应合成最终样品。对合成材料进行充放电 测试发现Fe位Mg取代合成材料的电化学性能要优于Li位取代。对放电平台线性拟合分析发现Fe位取代配比 材料的电荷传递阻抗和传质阻抗明显低于另外一种材料。这一实验现象为后续理论分析奠定了基本实验基 础。 关键词：磷酸铁锂；Fe 位掺杂；Li 位掺杂；正极材料；锂离子电池 Study of Lithium Iron phosphate Doped with Mg2+ TENG Guo-peng, TANG Zhi-yuan, XU-Qiang (School of Chemical Engineering and Technology, Tianjin University, Tianjin 300072, China) Abstract: The low charge conducity of LiFePO4 can be improved by ion-doping. However, it is a debate that the ions substrate Li-site or Fe-site though both of them improved the electrochemical properties known from the references. In the experiments of this paper, Li0.98Mg0.02FePO4 and LiMg0.02Fe0.98PO4 stoichiometric amounts of start materials are mixed and then calcinated. The galvanostatically charge-discharge performance of LiMg0.02Fe0.98PO4 is excellent. The charge transfer resistance and mass transfer resistance, got from linear fit in the flat region of the discharge curve, are alse lower than the other sample. Machnism of the phenomenon need more studies. Keywords: LiFePO4; Fe-site doping; Li-site doping; Cathode material; Li-ion battery LiFePO4由于能量密度高，原材料廉价，环境友好，循环性能和容量保持率优异以及安 全性好等，引起人们越来越多的兴趣，有望成为取代LiCoO2的下一代锂离子电池正极材料。 其放电平台为 3.4V（vs.Li+/Li），理论容量约为 170mAh/g[1,2]。目前限制该正极材料应用的 缺点在于较低的离子导电性和电子导电性（10-9～10-10 S/cm [3]）。掺杂金属离子可以很大程 度上弥补该缺点，将导电性提高至 10-3～10-1 S/cm[1,3]，从而大大提高材料的电化学性能。不 同文献报道中用于掺杂的物质的前驱体存在一定差异，用于掺杂的金属离子广范地涵盖了不 收稿日期：2006-8-22 作者简介：唐致远（1946－），男（汉族），安徽定远人，天津大学化工学院教授，博士生导师， 研究方向：新型化学能源。电话：022E-mail: zytang@tju.edu.cn 同价态，均一定程度上提高了材料的电化学性能[1 ～5]。然而对于金属离子在LiFePO4中具体的 存在方式却存在着很多争议，即金属离子掺入晶格中何种位置（Li位[1,3]和Fe[4,5]位）。 本文按照Li0.98Mg0.02FePO4和LiMg0.02Fe0.98PO4两种不同的化学计量比来混合原料以通过 不同的原料配比来合成掺杂改性材料，没有涉及具体的掺杂位置以及更加详细的材料微观分 析，仅从实用化角度利用充放电测试来比较较优配比的改性方法，为进一步的微观和理论分 析奠定基础。 1.实验 1.1材料