由不同晶型Fe2O3制備LiFePO4-C正極材料工藝研究.pdf

1、自1997年被提出可用作鋰離子電池正極材料以來，磷酸亞鐵鋰（LiFePO4）因其安全、環(huán)保、循環(huán)壽命長、資源豐富等優(yōu)點，尤其是近年來經顆粒納米化、表面包覆碳、局外金屬離子摻雜等手段有效地克服了其本征電子導電率和鋰離子擴散率較低的缺點后，磷酸亞鐵鋰材料現(xiàn)已被廣泛應用于動力型和儲能型鋰離子電池。
　　制備磷酸亞鐵鋰所用的鐵源，按照價態(tài)分為二價鐵（如：草酸亞鐵，醋酸亞鐵，磷酸亞鐵等）和三價鐵（如：硝酸鐵，磷酸鐵，F(xiàn)e2O3，檸檬酸鐵等）

2、兩類。以氧化鐵紅為原料制備磷酸亞鐵鋰正極材料已有文獻報道，但Fe2O3具有多種同質異構體，其晶體結構與磷酸亞鐵鋰正極材料電化學性能之間的關系目前仍不清楚，本論文對此進行探討，結果如下：
　　分別采用化學沉淀法、熱分解法和聲波降解法制備出長方形片狀α型(長約500 nm，寬約50 nm)、短棒狀β型(長約400 nm，寬約100 nm)和針狀γ型(長約360～720 nm)三種不同晶體結構的Fe2O3。并以這三種Fe2O3為鐵源，配

3、以LiOH、NH4H2PO4、蔗糖等原料，經球磨混合、高溫固相反應法制備出LiFePO4/C復合正極材料。并采用XRD、SEM、實驗電池電化學性能測試等手段對所制 Fe2O3及LiFePO4/C復合正極材料的晶體結構、形貌和電化學性能進行了表征與分析。
　　經對高溫固相反應溫度和反應時間的篩選，以α-Fe2O3，β-Fe2O3和γ-Fe2O3三種晶型的Fe2O3為鐵源制備LiFePO4/C復合材料，適宜的反應溫度為650 oC，適

4、宜的反應時間為10 h。
　　半電池充放電實驗顯示，在碳含量(1wt.％-3wt.%)較低情況下，由γ-Fe2O3所制LiFePO4/C正極材料，在0.1C-10.0C倍率下的放電比容量，優(yōu)于由α-Fe2O3或由β-Fe2O3所制 LiFePO4/C正極材料的放電比容量。在碳含量較高(4wt.%，5wt.%)情況下，由α-Fe2O3或由β-Fe2O3所制LiFePO4/C正極材料在0.1C-10C倍率下的放電比容量，有較大幅度的提

5、升，甚至超過相同碳含量由γ-Fe2O3所制LiFePO4/C正極材料的放電比容量。
　　以α-Fe2O3作為鐵源制備LiFePO4/C正極材料，適宜的碳含量為5wt.%；以β-Fe2O3和γ-Fe2O3作為鐵源制備LiFePO4/C正極材料，適宜的碳含量為3wt.%。以α-Fe2O3，β-Fe2O3和γ-Fe2O3三種晶型的Fe2O3為鐵源所制LiFePO4/C復合材料在不同倍率下的充放電比容量和充放電循環(huán)性能，與所用Fe2O3晶