基于鈦白副產(chǎn)制備鋰離子電池電極材料(LiFePO4,α-Fe2O3)及其性能研究.pdf

1、隨著全球資源緊張，環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重，充分開(kāi)發(fā)工業(yè)廢棄物的二次利用價(jià)值，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)是解決該矛盾的一個(gè)有效途徑。本文以硫酸法鈦白粉生產(chǎn)時(shí)的工業(yè)副產(chǎn)綠礬為原料，利用水熱法、一步固相法等工藝制備 LiFePO4和納米α-Fe2O3鋰離子電池正負(fù)極材料并研究其電化學(xué)性能。具體內(nèi)容如下：
　?。?）以鈦白副產(chǎn)綠礬為原料，利用水熱法制備LiFePO4正極材料。針對(duì)副產(chǎn)中含有Mg、Mn、Ti、Al等金屬離子且含量偏高導(dǎo)致所制備LiFePO

2、4電化學(xué)性能較差的特點(diǎn)，利用稀釋原理將其與分析純硫酸亞鐵混合使用，降低鐵源中的雜質(zhì)含量從而提升 LiFePO4的倍率性能。對(duì)兩種鐵源的混合比例進(jìn)行了優(yōu)化，在最佳比例條件下所制備樣品的倍率放電比容量超過(guò)分析純樣品，進(jìn)一步碳包覆處理后，該金屬離子摻雜型LiFePO4/C復(fù)合材料10 C倍率下的放電比容量可達(dá)90 mAh g-1,1 C倍率下循環(huán)100圈后的容量保持率為95.3％，具有良好的電化學(xué)性能。
　　（2）以鈦白副產(chǎn)綠礬為原料，

3、在溶度積理論的指導(dǎo)下，通過(guò)Ti，Al除雜-氧化-控制pH沉淀等反應(yīng)步驟制備納米FePO4·2H2O。從產(chǎn)物成分、形貌、粒徑和P/Fe比等角度對(duì)除雜pH、攪拌時(shí)間、H3PO4加入量、溫度等反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化。在最優(yōu)條件下利用一步固相法制備出LiFePO4/C復(fù)合材料。充放電測(cè)試表明：該復(fù)合材料在10 C倍率下的放電比容量可達(dá)101 mAh g-1，0.5 C倍率循環(huán)100圈后的容量保持率為97.4%，具有良好的電化學(xué)性能。
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4、）以鈦白副產(chǎn)綠礬為原料，依據(jù)溶度積規(guī)則對(duì)其進(jìn)行分段除雜后水熱法制備納米α-Fe2O3。系統(tǒng)的研究了不同水熱溫度、原料濃度、形貌控制劑種類(lèi)及用量對(duì)納米α-Fe2O3的影響，通過(guò)改變反應(yīng)條件制備出不同形貌及粒徑的多種納米α-Fe2O3。一方面，以自制氧化鐵為鐵源，采用一步固相法制備LiFePO4正極材料并探討了氧化鐵的形貌及粒徑對(duì)LiFePO4電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：納米α-Fe2O3的粒徑尺寸較其形貌對(duì)所制備樣品的電化學(xué)性能影響更大，

5、并對(duì)其原因進(jìn)行了分析。另一方面，將自制納米α-Fe2O3制備為電極，考察其在鋰離子電池負(fù)極材料方面的應(yīng)用。結(jié)果表明：納米α-Fe2O3的形貌對(duì)其作為負(fù)極時(shí)的儲(chǔ)鋰性能影響更為明顯，球形納米氧化鐵的電化學(xué)性能相對(duì)較好，0.1 C倍率下的首次可逆放電比容量高達(dá)1093 mAh g-1，循環(huán)50圈后的容量保持率為47.3%。最后，針對(duì)氧化鐵負(fù)極材料循環(huán)穩(wěn)定性較差的缺陷進(jìn)行了改性研究，設(shè)計(jì)并制備了α-Fe2O3/N-GNS/CNTs三維復(fù)合材料。