鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的合成和性能研究.pdf

1、隨著社會(huì)的發(fā)展，能源問題的日益突出，人們對資源利用率的提高越來越重視。鋰離子電池由于工作電壓高、循環(huán)壽命長、能量密度大、對環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的關(guān)注。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,具有積極重要的科學(xué)意義，而且具有可觀的潛在商業(yè)價(jià)值。其中含鐵系列正極材料以其價(jià)格低廉、原料豐富易得、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),受到電池行業(yè)的廣泛關(guān)注,特別是磷酸鐵鋰正極材料。
　　磷酸鐵鋰正極材料具有放電比容量高、循環(huán)性能優(yōu)良、較好的熱

2、穩(wěn)定性等諸多優(yōu)點(diǎn)，而致國內(nèi)外爭相研究。而磷酸鐵作為合成磷酸鐵鋰的重要原料也越來越受到關(guān)注。
　　本文以濕法磷酸和硫酸亞鐵分別為磷源和鐵源，通過合成、沉淀過程制備磷酸鐵，研究了摩爾投料比、反應(yīng)pH、氨水滴加速度、表面活性劑PEG（10000）添加量和煅燒溫度等對合成磷酸鐵的影響，并以制備的磷酸鐵為磷源和鐵源通過溶膠-凝膠法制備了磷酸鐵鋰材料。采用了粒度分布、振實(shí)密度、比表面積、紅外光譜（IR）、X射線衍射(XRD)和掃描電子顯微鏡(

3、SEM)等手段對合成的磷酸鐵及磷酸鐵鋰材料的結(jié)構(gòu)和微觀形貌進(jìn)行表征，同時(shí)通過電池測試系統(tǒng)及電化學(xué)工作站對磷酸鐵鋰材料的電化學(xué)性能進(jìn)行檢測。
　　結(jié)果表明：制備磷酸鐵的最佳工藝條件為：磷鐵摩爾投料比為1.0:1，PEG用量為原料硫酸亞鐵質(zhì)量的3.0％，氨水滴加速率為35.62ml/h，反應(yīng)的pH控制在2.5。在此工藝條件下制備得到的磷酸鐵為無定型二水磷酸鐵粉體，經(jīng)450℃煅燒后為斜方晶系的納米片磷酸鐵粉體，磷酸鐵微粒厚度約為70-1

4、00nm，平均粒徑1000nm，分散性好，粒度分布均勻。該工藝具有原料廉價(jià)，操作簡單，合成時(shí)間短和能耗小等優(yōu)點(diǎn)，是一種節(jié)能且經(jīng)濟(jì)的新方法。
　　通過優(yōu)化條件下制備的磷酸鐵為原料通過溶膠-凝膠法制得的產(chǎn)物為磷酸鐵鋰/碳的復(fù)合材料，通過表征可得磷酸鐵鋰正極材料結(jié)晶度良好，晶形完整，為橄欖石晶體，粒度分布均勻，團(tuán)聚現(xiàn)象少，磷酸鐵鋰表面疏松多孔，比表面積可達(dá)13.61m2/g， D50=3.6μm，粒度分布窄，振實(shí)密度為1.24g/cm3

5、。磷酸鐵鋰/碳復(fù)合材料通過電化學(xué)性能檢測具有較好的首次放電比容量和穩(wěn)定的循環(huán)性能。在0.1C倍率下首次放電最高能到達(dá)到145.5mAh/g，40次充放電循環(huán)后保持在143.1mAh/g，衰減率為1.61%；樣品分別在0.2C，0.5C，1.0C三種倍率下的首次放電比容量分別為138.7mAh/g、129.1mAh/g和119.2mAh/g，通過40次循環(huán)后比容量分別下降至128.9mAh/g、115.8mAh/g和101.5mAh/g，