鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰制備及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、隨著新能源的開(kāi)發(fā)利用和電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)便攜式能源的需求急劇增長(zhǎng)，對(duì)鋰離子二次電池的性能要求也越來(lái)越高。作為鋰離子電池正極材料的橄欖石型LiFePO4具有高比容量、平穩(wěn)的放電平臺(tái)(3.4V vs．Li+/Li)、良好的循環(huán)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性、價(jià)格低廉和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，有望制成高功率型電池應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)。由于LiFePO4的制備工藝對(duì)其材料性能有很大的影響，因此深入研究制備過(guò)程的反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)有助于使制備過(guò)程更加可控，更好地應(yīng)用

2、于工業(yè)生產(chǎn)。 本文首次采用一氧化碳?xì)怏w還原三價(jià)鐵前驅(qū)體的方法，制備出性能良好的磷酸鐵鋰正極材料，通過(guò)X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、充放電測(cè)試、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和X射線光電子能譜(XPS)等表征方法考察了材料的結(jié)構(gòu)特征、顆粒形貌和電化學(xué)性能等，用高溫原位XRD方法對(duì)該合成反應(yīng)的機(jī)理和動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行了初步探索。主要研究結(jié)果如下： 1．由CO還原FePO4和LiOH前驅(qū)體制備LiFePO4正極材

3、料，對(duì)燒結(jié)溫度和包碳方式進(jìn)行了優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明550℃下合成的純LiFePO4經(jīng)過(guò)600℃包碳處理2小時(shí)得到的正極材料具有最好的電化學(xué)性能。還考察了不同LiOH和FePO4初始比例對(duì)LiFePO4材料的結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)前驅(qū)體中適度過(guò)量的LiOH可有效地抑制高溫煅燒過(guò)程中的鋰損失，而不改變LiFePO4穩(wěn)定的晶相結(jié)構(gòu)，因此合成時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高前驅(qū)體中的鋰鹽比例。其中前驅(qū)體過(guò)量5％LiOH合成的LiFePO4材料顆粒較小約2

4、00nm，電化學(xué)性能最佳，包碳后0.1C放電容量可達(dá)158mAh/g，且具有較好的倍率性能和循環(huán)性能。 2．采用高溫原位XRD的方法對(duì)該合成反應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)對(duì)時(shí)間分辨圖譜中各物相XRD特征峰變化的分析，檢測(cè)到中間產(chǎn)物L(fēng)i3Fe2(PO4)3。由此可推測(cè)該合成反應(yīng)可能分兩步進(jìn)行，即LiOH和FePO4先生成Li3Fe2(PO4)3，而后CO再還原該中間體而得到最終產(chǎn)物L(fēng)iFePO4。同時(shí)將反應(yīng)分?jǐn)?shù)和產(chǎn)物的XRD特征峰峰面積相