LiFePO4正極材料及其FePO4前驅(qū)體的制備與電化學(xué)性能.pdf

1、鋰離子電池正極材料LiFePO4因原料來(lái)源廣泛,價(jià)格低廉,對(duì)環(huán)境友好,材料熱穩(wěn)定性好和所制備電池安全性能高等諸多優(yōu)點(diǎn),使得其在各種可移動(dòng)電源領(lǐng)域特別是電動(dòng)車、新能源汽車等所需大型動(dòng)力電源領(lǐng)域有著極大的市場(chǎng)前景。但是,LiFePO4存在振實(shí)密度低、電導(dǎo)率低等缺點(diǎn),影響了其實(shí)用化的進(jìn)程。粉體材料的振實(shí)密度與粉體顆粒的形貌、粒徑及其分布密切相關(guān)。正極材料粉體顆粒的球形化是提高材料振實(shí)密度和體積比容量的有效途徑。而磷酸鐵(FePO4),作為重要

2、的金屬磷酸鹽之一,具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、成本低、無(wú)毒、環(huán)境友好和安全性高等優(yōu)點(diǎn),是合成LiFePO4的一種理想原材料。本文旨在以合成的球形FePO4為前驅(qū)體合成球形LiFePO4/C,從而改善其電化學(xué)性能。
　　 本文第三章研究了水熱法合成出多種形貌的Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O晶體。SEM觀察發(fā)現(xiàn),當(dāng)以FeCl3·6H2O為鐵源,H3PO4為磷源,PVP為分散劑,且H3PO4和FeCl3·6H2O的摩爾比為2:1時(shí)合成產(chǎn)物為

3、。Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O多孔狀微球晶體,馬弗爐中200℃保溫4 h,650℃保溫5 h熱處理后得到FePO4晶體保持原有微球結(jié)構(gòu),尺寸范圍為2～5μm。以NH4H2PO4作為磷源,NH4H2PO4與FeCl3·6H2O的摩爾比為1:1時(shí)合成的Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O晶體為尺寸分布均勻的多孔微球,粒徑范圍為2～7μm。以Na3PO4作為磷源,Na3PO4與FeCl3·6H2O的摩爾比為1:1且反應(yīng)液pH小于2

4、時(shí),晶體是分布均勻的類橄欖球形;pH在2-6之間,晶體由類橄欖形貌向準(zhǔn)球形生長(zhǎng),有形成球形Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O晶體的可能。同時(shí)本章對(duì)不同形貌Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O晶體生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了討論。
　　 第四章以FeCl3、H3PO4和NH3·H2O為原料,通過(guò)控制結(jié)晶法合成多孔FePO4·3H2O微球。XRD顯示,FePO4·3H2O多孔微球經(jīng)650℃煅燒10 h后由無(wú)定形態(tài)轉(zhuǎn)變成α-石英結(jié)構(gòu)的FePO

5、4。SEM觀察發(fā)現(xiàn),合成的FePO4·3H2O多孔微球粉末粒徑尺寸在10-28μm之間,顆粒尺寸較大。同時(shí)本章對(duì)多孔微球FePO4·3H2O的形成機(jī)理進(jìn)行了討論。
　　 第五章以控制結(jié)晶制備的FePO4·3H2O多孔微球?yàn)榍膀?qū)體,LiOH·3H2O和葡萄糖為原料,碳熱固相合成多孔微球LiFePO4/C復(fù)合材料。通過(guò)SEM測(cè)試發(fā)現(xiàn),以FePO4·3H2O多孔微球?yàn)榍膀?qū)體合成的LiFePO4/C復(fù)合材料是粒徑尺寸在10-28μm之間

6、的多孔微球。通過(guò)對(duì)不同濃度、不同滴加速度和不同反應(yīng)時(shí)間所得FePO4對(duì)應(yīng)的時(shí)LiFePO4/C復(fù)合材料的電化學(xué)性能比較得出,LiFePO4/C多孔微球復(fù)合材料具有較好的電化學(xué)性能。在0.1 C倍率下的首次放電容量達(dá)151.8 mAh·g-1,在0.5 C倍率下,首次放電比容量達(dá)141.4 mAh·g-1,經(jīng)過(guò)50個(gè)循環(huán)后容量仍然保持在140.4 mAh·g-1,容量保持率為99.3％。在0.5,1,2和5 C的放電容量分別是125.9,