無機(jī)酸循環(huán)輔助制備LiFePO4的前驅(qū)體FePO4.pdf

1、由于能源問題和環(huán)境問題的日趨嚴(yán)重，且傳統(tǒng)的石化能源也會(huì)在未來使用殆盡，電動(dòng)車和混合電動(dòng)車及其動(dòng)力電源也越來越受到關(guān)注，并得到迅速發(fā)展。目前，電動(dòng)車或混合電動(dòng)車中主要使用的鉛酸和鎳氫電池，其使用壽命短且對環(huán)境污染嚴(yán)重;而鋰離子電池以其優(yōu)良的性能，從一發(fā)現(xiàn)就受到廣泛的關(guān)注，極有潛力替代鉛酸和鎳氫電池做電動(dòng)車或混合電動(dòng)車電源?，F(xiàn)如今限制鋰離子電池高速發(fā)展的技術(shù)瓶頸之一是正極材料的研發(fā)相對滯后，鋰離子電池不僅要求正極材料具有高的比容量、較好的充

2、放電性能和良好的循環(huán)性能，并且價(jià)格也是其不能忽視的一個(gè)重要因素。自從Goodenough[1]等發(fā)現(xiàn)磷酸鐵鋰材料具有可逆地嵌入和脫嵌鋰離子的性質(zhì)，可充當(dāng)鋰離子電池正極材料以來，磷酸鐵鋰正極材料引起了眾多研究者的關(guān)注。與傳統(tǒng)的鋰離子二次電源正極材料鈷酸鋰LiCoO2、鎳酸鋰LiNiO2、錳酸鋰LiMn2O4相比，橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰(LiFePO4)正極材料具有相對高的比容量(170mAh/g)[2.3]、穩(wěn)定的工作電壓(3.5V)[4]

3、和較好的循環(huán)壽命（可以循環(huán)2000次以上），并且其原料豐富、價(jià)格低廉、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好、對環(huán)境友好，是極具發(fā)展前景的綠色環(huán)保能源。
　　 本文綜述了鋰離子電池的幾種常用正極材料的優(yōu)缺點(diǎn)，LiFePO4的結(jié)構(gòu)，存在問題及改性研究。另外，針對磷酸鐵鋰制備成本較高的問題，提出了有效的降低其合成成本的方法，同時(shí)有效地降低了傳統(tǒng)合成方法對環(huán)境的污染。以鐵粉為鐵源，采用過量無機(jī)酸循環(huán)輔助法制備鋰離子電池正極材料LiFePO4的前驅(qū)體F

4、ePO4。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:采用過量磷酸和硫酸可以促使鐵粉與磷酸的完全反應(yīng)，并且可以在反應(yīng)體系中循環(huán)使用，整個(gè)反應(yīng)體系沒有任何廢液產(chǎn)生。XRD和SEM分析表明，首次合成的FePO4與循環(huán)30次后得到的FePO4其結(jié)構(gòu)，形貌和大小相同。上述反應(yīng)得到的三批樣品的產(chǎn)率均在99.10％左右，顯示了較高的產(chǎn)品收率。而且，通過電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)法測得的Fe/P比基本等于1。采用合成的FePO4與計(jì)量比的LiOH和適量蔗糖混合，在5%H

5、2～95%N2氣氛中在350℃燒結(jié)5h，700℃燒結(jié)15h，得到的目標(biāo)產(chǎn)物L(fēng)iFePO4/C一致性好，電性能優(yōu)異:0.2C、0.5C、1C和5C放電容量分別為155.1、144.0、134.4和101.7mAhg-1，并且具有優(yōu)異的倍率和循環(huán)性能。同時(shí)，采用過量鹽酸和硝酸也可以促使鐵粉與磷酸的完全反應(yīng)，但因其揮發(fā)性和分解性，使反應(yīng)的循環(huán)進(jìn)行受到限制。在優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了不同濃度和添加表面活性劑對樣品的顆粒大小的影響，發(fā)現(xiàn)在不影響產(chǎn)