水熱反萃法合成新型鋰離子電池正極材料α-LiFeO2.pdf

1、鋰離子電池具有輸出電壓高、能量密度大、無記憶效應(yīng)和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)引起了人們的廣泛關(guān)注，其中正極材料的更新?lián)Q代是提高和突破鋰離子電池性能的關(guān)鍵。作為一種新型鋰離子電池正極材料，LiFeO2具有原料來源廣、成本低廉等眾多的優(yōu)點(diǎn)符合新時(shí)代發(fā)展的需要。LiFeO2的晶型有很多種，主要包括α型，β型，γ型，錳鋇礦型，針鐵礦型和波紋層狀等。目前，其主要的合成方法有傳統(tǒng)的固相法，離子交換法和水熱合成等方法，不同的合成方法對(duì)制備LiFeO2的晶型、形貌

2、及粒徑分布影響很大，進(jìn)而直接影響LiFeO2的電化學(xué)性能。
　　基于目前對(duì)于LiFeO2材料的相關(guān)研究，本論文以Fe(NO3)3·9H2O和LiOH·H2O為原料以一種新的合成方法水熱反萃法合成出了一種新型的納米球形的鋰離子電池正極材料α-LiFeO2。具體操作是首先通過環(huán)烷酸-異辛醇有機(jī)萃取體系萃取水溶液中的Fe3+離子制備出載Fe(III)有機(jī)相，然后在反應(yīng)釜中以一定鋰鐵比比依次加入載Fe(III)環(huán)烷酸-異辛醇有機(jī)相和含Li

3、+水溶液，加熱反應(yīng)一段時(shí)間后，對(duì)所得的沉淀物用乙醇和蒸餾水反復(fù)洗滌，干燥，最終得到純凈納米級(jí)的類球形α-LiFeO2晶體。
　　將水熱反萃這種新技術(shù)運(yùn)用于新型鋰離子電池正極材料α-LiFeO2的合成，具有很大的優(yōu)勢(shì)。首先，水熱反萃過程能夠有效控制金屬Fe3+離子的水解，進(jìn)而在低溫條件下通過調(diào)節(jié)Li/Fe比、改變反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間以及反應(yīng)物濃度來對(duì)產(chǎn)物的組成、形貌、粒徑等進(jìn)行調(diào)控，結(jié)果表明：在鋰鐵比為30，反應(yīng)物濃度為0.36mol

4、·L-1，240℃反萃0.5h的最佳條件下反應(yīng)合成的β-LiFeO2樣品晶相組成單一，不含有β-LiFe5O8和β-LiFeO2雜相，粒徑分布范圍較窄且平均粒徑約為120nm，形貌為均一規(guī)整的類球形，省去了通過其他制備方法高溫煅燒和球磨的過程；其次，反應(yīng)后的環(huán)烷酸-異辛醇有機(jī)相可以通過再生重復(fù)利用，含Li+水相也可以通過加入鋰源繼續(xù)使用，進(jìn)而節(jié)約了成本。因此利用水熱反萃法合成α-LiFeO2真正實(shí)現(xiàn)了低成本，生產(chǎn)過程綠色環(huán)保和節(jié)能的概念