噴霧閃速熱分解法制備LiCoPO4工藝研究.pdf

1、隨著鋰離子電池行業(yè)不斷的發(fā)展，鈷酸鋰(LiCoO2)電池正極材料已難以滿足電池工業(yè)的需求，具有高電壓、高容量性能的正極材料成為研究熱點(diǎn)。橄欖石型結(jié)構(gòu)的LiCoPO4作為新一代正極材料，不但擁有4.8V的高電壓，而且理論比容量也達(dá)到167mAh/g，被認(rèn)為是代替鈷酸鋰(LiCoO2)的新型正極材料之一。
　　本文采用噴霧閃速熱分解法，選取硝酸體系為研究對(duì)象，合成了晶體結(jié)構(gòu)完整且形貌為實(shí)心球形顆粒的正極材料LiCoPO4。研究討論了制

2、備工藝過程中前驅(qū)體溶液體系、熱分解溫度、前驅(qū)體溶液濃度、霧化流量、熱處理溫度等工藝條件對(duì)最終粉體材料晶體結(jié)構(gòu)和微觀形貌的影響，得出制備正極材料LiCoPO4的最佳工藝條件。在最佳制備工藝條件下，本文制備了碳包覆型LiCoPO4/C復(fù)合材料，并研究討論了碳包覆量對(duì)復(fù)合材料LiCoPO4/C的晶體結(jié)構(gòu)和碳包覆形貌的影響，具體研究的主要內(nèi)容及取得的研究結(jié)論如下:
　　(1)通過熱重-差熱分析對(duì)原料混合物進(jìn)行檢測(cè)表明，在275℃時(shí)混合物開

3、始反應(yīng)合成新的物質(zhì)，當(dāng)熱分解溫度達(dá)到400℃時(shí)，成功制備出粉體材料LiCoPO4，且粉體材料的晶型結(jié)構(gòu)完整，顆粒的微觀形貌基本為實(shí)心球形，少部分顆粒出現(xiàn)中空或破碎現(xiàn)象。
　　(2)前驅(qū)體溶液濃度不同直接影響著最終產(chǎn)品顆粒的微觀形貌，較小濃度的前驅(qū)體溶液會(huì)使霧化小液滴在反應(yīng)爐內(nèi)溶劑蒸發(fā)較長(zhǎng)時(shí)間才達(dá)到過飽和濃度，使得小液滴的尺寸變得很小，在成核沉淀過程中溶質(zhì)會(huì)沉積至整個(gè)球體，從而易制備出實(shí)心球形顆粒，反之較大濃度的前驅(qū)體溶液則會(huì)使形成

4、的顆粒出現(xiàn)中空或破碎現(xiàn)象;當(dāng)濃度為0.2mol/L時(shí)，制備出實(shí)心球形顆粒。
　　(3)霧化流量直接決定了霧化小液滴在反應(yīng)爐內(nèi)停留時(shí)間的長(zhǎng)短，較低的霧化流量會(huì)使小液滴在反應(yīng)爐內(nèi)停留較長(zhǎng)時(shí)間，從而使其有足夠的時(shí)間進(jìn)行小液滴溶劑蒸發(fā)、干燥、熱分解等一系列物理化學(xué)反應(yīng)，合成細(xì)小實(shí)心球形顆粒;相反較高的霧化流量則會(huì)使霧化小液滴在反應(yīng)爐內(nèi)停留時(shí)間過短，使得制備出來的顆粒出現(xiàn)大片團(tuán)聚在一起不能形成球形形貌的現(xiàn)象;霧化量為15L/min的條件下，

5、制備出的顆粒形貌最優(yōu)。
　　(4)較高溫度和較長(zhǎng)時(shí)間的熱處理會(huì)使制得的粉體材料晶體結(jié)構(gòu)和微觀形貌都得到極大的改善，熱處理溫度為600℃、熱處理時(shí)間為6h的條件下，得到的最終粉體材料的晶體結(jié)構(gòu)和微觀形貌最佳。
　　(5)采用噴霧閃速熱分解法制備不同碳包覆量(3wt％、6wt％、9wt％)的復(fù)合材料LiCoPO4/C。其特征峰與單一純相LiCoPO4的標(biāo)準(zhǔn)卡片的特征峰基本一致，晶型結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化。碳包覆量為9wt％時(shí)，粉體顆粒