兩步液相法制備鋰離子電池正極材料LiFePO4及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、兩步液相法制備鋰離子電池正極材兩步液相法制備鋰離子電池正極材料LiFePOLiFePOLiFePOLiFePO4444及其電化學(xué)性能研究及其電化學(xué)性能研究SynthesisSynthesisSynthesisSynthesisElectrochemicalElectrochemicalElectrochemicalElectrochemicalPerfmancePerfmancePerfmancePerfmanceofofofofLiF

2、ePOLiFePOLiFePOLiFePO4444asasasasCathodCathodCathodCathodMaterialMaterialMaterialMaterialffffLithiumLithiumLithiumLithiumIonIonIonIonBatteriesBatteriesBatteriesBatteriesbybybybyTwostepTwostepTwostepTwostepLiquidactionLiq

3、uidactionLiquidactionLiquidactionMethodMethodMethodMethod學(xué)科專業(yè)：化學(xué)研究生：周佳指導(dǎo)教師：王興堯副教授天津大學(xué)理學(xué)院二零一三年五月摘要因其晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、循環(huán)性能好、原材料來源廣泛、理論比容量高以及安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，橄欖石型磷酸鐵鋰LiFePO4成為最有發(fā)展前景的鋰離子動(dòng)力電池正極材料。雖然制備LiFePO4的方法各種各樣，但每種方法總是存在這樣或者是那樣的不足。本文以LiFePO

4、4為研究對(duì)象，提出了一種更為方便快捷實(shí)用的制備方法：兩步液相法制備LiFePO4，并對(duì)其制備工藝進(jìn)行了研究。第一步，以FeSO47H2O和NH4H2PO4為原料，H2O2為氧化劑，合成前驅(qū)體FePO4xH2O。第二步，將CH3COOLi、FePO4xH2O和還原劑混合，通過液相反應(yīng)制備LiFePO4。首先，研究溶液濃度對(duì)合成的前驅(qū)體FePO4xH2O性能的影響。用X射線衍射和掃描電鏡對(duì)FePO4xH2O和LiFePO4進(jìn)行結(jié)構(gòu)和表面形貌

5、表征，研究以不同濃度條件下合成的前驅(qū)體FePO4xH2O為原料對(duì)制備出的LiFePO4電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：溶液濃度為0.01molL、0.1molL和1.0molL時(shí)合成的FePO4xH2O均為純相。以溶液濃度為1.0molL合成的前驅(qū)體FePO4xH2O為原料制備出的LiFePO4具有良好的電化學(xué)性能，0.1C倍率首次放電比容量達(dá)到157.2mAhg1，循環(huán)30次后容量保持率為95.36%。其次，研究液相反應(yīng)LiFePO4的制

6、備。以溶液濃度為1.0molL合成的前驅(qū)體FePO4xH2O、CH3COOLi為原料，研究制備LiFePO4的過程中還原劑中還原劑RA的含量、煅燒溫度、煅燒時(shí)間對(duì)制備出的LiFePO4結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：還原劑中含有摩爾比為0.1、0.3、0.5的RA時(shí)，制備出的LiFePO4均為純相。RA摩爾比為0.1時(shí)制備的LiFePO4在氬氣保護(hù)下，600℃煅燒2h時(shí)的樣品結(jié)晶好，顆粒均勻，具有較好的電化學(xué)性能，0.1C倍率首

7、次放電比容量達(dá)到164.8mAhg1，循環(huán)30次后容量保持率為98.91%。最后，研究整個(gè)制備過程中溶劑的循環(huán)利用。結(jié)果表明：合成前驅(qū)體FePO4xH2O時(shí)溶劑水可以不經(jīng)過任何處理直接循環(huán)利用5次，合成的前驅(qū)體FePO4xH2O中雖然含有結(jié)晶水個(gè)數(shù)不一樣，但是以前驅(qū)體FePO4xH2O原料時(shí)最終制備的LiFePO4的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能卻沒有多大的差別；制備LiFePO4時(shí)溶劑無水乙醇經(jīng)過蒸餾后可以循環(huán)利用。以第5次循環(huán)水做溶劑合成的FeP