無機酸循環(huán)輔助制備LiFePO4的前驅體FePO4.pdf

1、由于能源問題和環(huán)境問題的日趨嚴重，且傳統(tǒng)的石化能源也會在未來使用殆盡，電動車和混合電動車及其動力電源也越來越受到關注，并得到迅速發(fā)展。目前，電動車或混合電動車中主要使用的鉛酸和鎳氫電池，其使用壽命短且對環(huán)境污染嚴重;而鋰離子電池以其優(yōu)良的性能，從一發(fā)現就受到廣泛的關注，極有潛力替代鉛酸和鎳氫電池做電動車或混合電動車電源?，F如今限制鋰離子電池高速發(fā)展的技術瓶頸之一是正極材料的研發(fā)相對滯后，鋰離子電池不僅要求正極材料具有高的比容量、較好的充

2、放電性能和良好的循環(huán)性能，并且價格也是其不能忽視的一個重要因素。自從Goodenough[1]等發(fā)現磷酸鐵鋰材料具有可逆地嵌入和脫嵌鋰離子的性質，可充當鋰離子電池正極材料以來，磷酸鐵鋰正極材料引起了眾多研究者的關注。與傳統(tǒng)的鋰離子二次電源正極材料鈷酸鋰LiCoO2、鎳酸鋰LiNiO2、錳酸鋰LiMn2O4相比，橄欖石結構的磷酸鐵鋰(LiFePO4)正極材料具有相對高的比容量(170mAh/g)[2.3]、穩(wěn)定的工作電壓(3.5V)[4]

3、和較好的循環(huán)壽命（可以循環(huán)2000次以上），并且其原料豐富、價格低廉、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性好、對環(huán)境友好，是極具發(fā)展前景的綠色環(huán)保能源。
　　 本文綜述了鋰離子電池的幾種常用正極材料的優(yōu)缺點，LiFePO4的結構，存在問題及改性研究。另外，針對磷酸鐵鋰制備成本較高的問題，提出了有效的降低其合成成本的方法，同時有效地降低了傳統(tǒng)合成方法對環(huán)境的污染。以鐵粉為鐵源，采用過量無機酸循環(huán)輔助法制備鋰離子電池正極材料LiFePO4的前驅體F

4、ePO4。實驗結果表明:采用過量磷酸和硫酸可以促使鐵粉與磷酸的完全反應，并且可以在反應體系中循環(huán)使用，整個反應體系沒有任何廢液產生。XRD和SEM分析表明，首次合成的FePO4與循環(huán)30次后得到的FePO4其結構，形貌和大小相同。上述反應得到的三批樣品的產率均在99.10％左右，顯示了較高的產品收率。而且，通過電感耦合等離子質譜儀(ICP-MS)法測得的Fe/P比基本等于1。采用合成的FePO4與計量比的LiOH和適量蔗糖混合，在5%H

5、2～95%N2氣氛中在350℃燒結5h，700℃燒結15h，得到的目標產物LiFePO4/C一致性好，電性能優(yōu)異:0.2C、0.5C、1C和5C放電容量分別為155.1、144.0、134.4和101.7mAhg-1，并且具有優(yōu)異的倍率和循環(huán)性能。同時，采用過量鹽酸和硝酸也可以促使鐵粉與磷酸的完全反應，但因其揮發(fā)性和分解性，使反應的循環(huán)進行受到限制。在優(yōu)化的基礎上進一步研究了不同濃度和添加表面活性劑對樣品的顆粒大小的影響，發(fā)現在不影響產