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Ce4+掺杂对LiFePO4/C正极材料性能的影响 侯 娟，殷保祥，刘国明，张清龙，王 帆 （石河子大学 师范学院物理系生态物理重点实验室，新疆 石河子 832003） 摘要：聚阴离子化合物LiFePO4是一种理想的锂离子电池正极材料。然而由于LiFePO4具有一维隧道结构的锂离子“脱嵌/嵌入”路径，导致其存在电子电导率低和离子电导率差等缺点。目前研究的热点主要是通过掺杂、碳包覆和减小粒径来提高其电化学性能。本文采用碳热还原法合成LiFe1-2xCexPO4/C(0≤x≤0.03)正极材料并研究了Ce4+掺杂对磷酸铁锂正极材料电化学性能的影响。随着Ce4+掺入量的增多，LiFe1-2xCexPO4/C材料的电化学性能获得一定的改善，并在x = 0.02的时候达到最高值，之后便随着掺入量的增加而降低。 关键词：LiFePO4；Ce4+掺杂；正极材料 中图分类号： 文献标识码： 文章编号： Effect of Ce4+ doping on the Performance of cathode materials LiFePO4/C Abstract：LiFePO4 as a kind of important cathode materials has already experienced intensive investigations due to its stability, environmental benign and low-cost. But LiFePO4 possesses the disadvantages of low electron conductivity and lithium ion transportation, which could be ascribe to the 1D channel for the insertion/desertion of lithium ions. The most effective ways to enhance the electrochemical performances are doping, carbon coating and decreasing the particles size. In this paper, LiFe1-2xCexPO4/C(0≤x≤0.03) composites are synthesized by carbon thermal reaction. The electrochemical performances of the composites show that the properties are improved with increasing the value of x, and reach an optimization when x = 0.02, then degrade while further increasing the doping content. Key words: LiFePO4; Ce4+ doping; cathode materials 1、前言 自从1997年Padhi教授发现LiFePO4材料以来[1]，为提高LiFePO4材料的性能研究人员已经进行了大量的研究。与商业化的钴酸锂相比，LiFePO4材料拥有高稳定性、原材料低廉以及环境友好的优点[2,3]。除此之外，LiFePO4较平的放电平台，长的循环寿命和安全性都揭示出其优秀的电化学特性[4,5]。 LiFePO4属有序橄榄石结构，属正交晶系( D2h16，Pmnb空间群)，其晶胞参数为a=6.008 ?、b=10.324 ?、c=4.694 ?，每个晶胞中有4个LiFePO4单元。在LiFePO4的晶体结构中，氧原子近似于六方紧密堆积，磷原子在氧四面体的4c位，铁原子、锂原子分别在氧八面体的4c位和4a位。在b—C平面上，FeO6八面体通过共点连结；一个FeO6八面体与两个LiO6八面体和一个PO4四面体共棱，而一个PO4四面体则与一个FeO6八面体和两 个LiO6八面体共棱。Li 在4a位形成共棱的连续直线链，并平行于c轴，从而Li 具有一维可移动性，使之在充放电过程中可以脱出和嵌入[6]。正因为其一维锂离子通道导致了其低的导电性和离子传输速率，从而大大的限制了它的大规模实际应用。如今，为提高LiFePO4材料的性能，研究人员已经尝试了很多方法，主要有以下几种：1）向LiFePO4晶格中掺杂金属离子[7,8,9]；2）用导电剂对LiFePO4颗粒表面进行包覆[10,11]；3）减小颗粒尺寸[12]。 在LiFePO4掺杂的报道中，主要是用Mn2+，Co