納米片磷酸鐵和磷酸鐵鋰的制備與表征.pdf

1、隨著社會的發(fā)展,人們對環(huán)境保護(hù)、新能源開發(fā)及信息技術(shù)等領(lǐng)域的重視程度達(dá)到空前,人類開始追求更高效、更便捷、綠色無污染和安全可靠的能源,因此,大力發(fā)展價(jià)格低廉、能量密度高的可充式鋰離子電池,具有極其重要的科學(xué)意義,同時(shí)具有可觀的潛在商業(yè)價(jià)值。鐵系正極材料以其價(jià)格低廉、原料豐富易得、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)脫穎而出,已受到電池界的廣泛關(guān)注,尤其是磷酸鐵和磷酸鐵鋰材料,備受青睞。
　　 磷酸鐵材料本身可作為正極材料使用,還可作為制備磷酸鐵鋰正極

2、材料的前驅(qū)體;而磷酸鐵鋰材料具有放電比容量高、循環(huán)性能優(yōu)良、較好的熱穩(wěn)定性等諸多優(yōu)點(diǎn),目前已成為較理想的電池正極材料之一,但磷酸鐵鋰材料還存在電導(dǎo)率不高、振實(shí)密度較低等缺點(diǎn)。
　　 本文采用沉淀法,以表面活性劑CTAB為分散劑,制備得到納米片磷酸鐵粉體;同時(shí)以自制的納米級磷酸鐵粉體及碳酸鋰為原料,以葡萄糖為還原劑,通過碳熱還原法制得磷酸鐵鋰材料,利用粒度分布、BET比表面積、振實(shí)密度、SEM、TG-DSC、DTA、XRD及IR等

3、對磷酸鐵及磷酸鐵鋰兩種產(chǎn)物進(jìn)行表征,通過電池測試系統(tǒng)及電化學(xué)工作站對磷酸鐵鋰樣品的電化學(xué)性能進(jìn)行檢測。主要研究內(nèi)容如下:
　　 以六水氯化鐵為鐵源,磷酸為磷源,CTAB為分散劑,通過沉淀法制得納米片磷酸鐵粉體,考查了表面活性劑、反應(yīng)溫度、磷鐵摩爾投料比、原料液加料方式、干燥方式和煅燒溫度等因素對磷酸鐵粉體平均粒徑大小的影響,并得到了制備納米片磷酸鐵粉體的最佳工藝條件,即在85℃反應(yīng)溫度下,磷鐵摩爾投料比為1.5:1,CTAB用量

4、為鐵鹽質(zhì)量的1.0％,原料液滴加時(shí)間為30min,反應(yīng)得到的懸濁液經(jīng)噴霧干燥后,在400℃下充分煅燒。SEM及粒度分布測試結(jié)果表明磷酸鐵微粒厚度70-100nm,平均粒徑1000nm,粒度分布均勻,分散性好,外觀形貌呈薄片狀;TG-DSC/DTA測試結(jié)果得二水磷酸鐵樣品在120-200℃之間失去結(jié)晶水,且失重百分?jǐn)?shù)恰為兩個(gè)結(jié)晶水所占的比重;XRD檢測結(jié)果表明磷酸鐵樣品結(jié)晶度好,屬于斜方晶系,空間群是Pcab(61),晶胞參數(shù)為a=11.

5、724(A),b=10.024(A),c=7.518(A),晶胞體積v=883.52(A)3;IR檢測表明FePO4·2H2O光譜活性主要由PO4基團(tuán),結(jié)合水的伸縮振動(dòng)、彎曲振動(dòng)及Fe的特征吸收峰組成,O-P-O的彎曲振動(dòng)或磷酸鹽的晶格振動(dòng)的吸收峰出現(xiàn)在較低的波數(shù)范圍內(nèi)。
　　 以自制的斜方晶系的納米級磷酸鐵粉體及碳酸鋰為原料,以葡萄糖為還原劑,在N2氣氛保護(hù)下,通過碳熱還原法制得磷酸鐵鋰/碳復(fù)合材料。XRD檢測表明磷酸鐵鋰屬于

6、斜方晶系,空間群是Pmnb(62),晶胞參數(shù)為a=6.051(A),b=10.324(A),c=4.688(A),晶胞體積v=292.86(A)3;粒度分布及SEM檢測表明磷酸鐵鋰微粒的外觀形貌呈薄片狀,厚度80-100nm,平均粒徑920nm,粒度分布窄,顆粒均勻,團(tuán)聚現(xiàn)象很少;BET比表面積46.82m2/g,振實(shí)密度1.2073g/cm3;IR測試表明磷酸鐵鋰樣品為理想的純相磷酸鐵鋰,碳微粒的存在并沒有影響磷酸鐵鋰的紅外譜圖結(jié)構(gòu);