鋰離子電池正極材料LiFePO4的制備及工藝改進(jìn)研究.pdf

1、LiFePO4為橄欖石結(jié)構(gòu),理論比容量為170mAh/g,被認(rèn)為是動(dòng)力鋰離子電池較理想的正極材料。目前LiFePO4的合成方法有高溫固相法、水熱法、熱還原法、微波法、沉淀法、溶膠凝膠法等,但不論哪種方法都存在優(yōu)缺點(diǎn)。本文采用埋炭保護(hù)的方法,即高溫合成時(shí)將木炭粉填在前驅(qū)體的周圍,使其在高溫時(shí)與氧氣反應(yīng),從而對(duì)合成的LiFePO4起保護(hù)作用,使生產(chǎn)過(guò)程中不需惰性氣體的保護(hù),以降低其對(duì)設(shè)備的要求。并通過(guò)電化學(xué)性能測(cè)試,XRD、SEM等分析手段

2、探索此合成工藝中各因素對(duì)材料性能的影響。
　　 以Li2CO3、 FeC2O4·2H2O、(NH4)2HPO4為原料合成LiFePO4,對(duì)比氬氣保護(hù)與埋炭保護(hù)下制備材料的電化學(xué)性能。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明埋炭法應(yīng)用在LiFePO4的制備上是可行的,且與氬氣保護(hù)相比埋炭保護(hù)更有利于材料的合成。埋炭法在700℃下合成純的LiFePO4在0.1C下的首次放電比容量較好為104.6mAh/g。
　　 在前一實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)工藝進(jìn)行改

3、進(jìn),以自制FePO4為原料,并以蔗糖為還原劑,采用埋炭保護(hù)結(jié)合碳熱還原的方法合成LiFePO4/C材料。在Li2CO3、CH3COOLi-2H2O、LiOH·H2O這三種鋰源中,以Li2CO3為鋰源時(shí)合成材料的性能相對(duì)較好,在0.1C下的首次放電比容量為137.5mAh/g。在此工藝中碳的引入至關(guān)重要,實(shí)驗(yàn)表明碳含量從零到7.95wt％變化時(shí),振實(shí)密度從1.31g·cm-3到1.13g·cm-3之間遞減。當(dāng)碳含量為4.25wt％時(shí)性能較

4、好,0.1C下的首次放電比容量為147.4mAh/g。合成溫度對(duì)材料晶形結(jié)構(gòu)有重要影響,隨著溫度的升高,材料晶形結(jié)構(gòu)更完整,但溫度較高在750℃時(shí)會(huì)產(chǎn)生Li3PO4、Li4P2O7及Fe2P雜質(zhì)。實(shí)驗(yàn)表明在650℃時(shí)材料的電化學(xué)性能較好,0.1C下的首次放電比容量為148.7mAh/g。由于采用木炭保護(hù)體系,隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng),此體系的保護(hù)性能會(huì)降低,實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)保溫時(shí)間為10h時(shí)材料的性能較好,0.1C下的首次放電比容量為153.0mA

5、h/g。
　　 經(jīng)過(guò)工藝優(yōu)化,采用n(FePO4-2H2O):n(Li2CO3):n(C12H22O11)=1:0.5:0.04配比,650℃下保溫8h合成LiFePO4/C。對(duì)其高倍率測(cè)試,2C、4C時(shí)的放電比容量分別為107.5mAh/g、85mAh/g。樣品通過(guò)30周循環(huán)后,放電比容量為140.9mAh/g,容量保持率為94.1％,每次放電效率保持在99％以上,具有較好的循環(huán)性能。并采用循環(huán)伏安法結(jié)合Randles-Sev