氫熱還原法制備鋰離子電池正極材料LiFePO-,4-.pdf

1、高功率、大容量、長(zhǎng)壽命鋰離子電池的廣泛市場(chǎng)，如電動(dòng)助力車電源、發(fā)光二極管礦燈電源等，促使新型、廉價(jià)鋰離子電池正極材料的研發(fā)。LiFePO<,4>正極材料正是迎合了這一需求，而受到業(yè)內(nèi)的關(guān)注。 本論文采用兩段式高溫固相反應(yīng)的氫熱還原法，制備鋰離子電池正極活性材料LiFePO<,4>。用Fe<,2>O<,3>、Fe<,3>O<,4>、FePO<,4>三種化合物為鐵源，用蔗糖、檸檬酸、淀粉為碳源，用MgO為Mg<'2+>摻雜原料，用純

2、H<,2>為還原氣和保護(hù)氣，經(jīng)300℃-350℃和600℃-700℃兩個(gè)溫度段的高溫固相反應(yīng)，制備出以下三類鋰離子電池用正極材料：具有橄欖石單相結(jié)構(gòu)的LiFePO<,4>、包覆碳的LiFePO<,4>/C、包覆碳并且摻雜鎂的IJFe<,x>Mg<,1-x>PO<,4>/C。采用粉末X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、電化學(xué)阻抗譜(EIS)、循環(huán)伏安技術(shù)(CV)和實(shí)驗(yàn)電池性能測(cè)試等手段，對(duì)所制材料的結(jié)構(gòu)、形貌、電化學(xué)性能進(jìn)行了比較研

3、究，結(jié)論如下： 1、用氫熱還原法可以制備出具有橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO<,4>單相晶體，其空間群為Pmnb。后段燒結(jié)溫度為650℃，所制備出的LiFePO<,4>有一定的活性。 2、少量碳的引入對(duì)LiFePO<,4>的橄欖石結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生影響，碳顆粒均勻分散于IAFePO<,4>晶體顆粒之間，使IAFePO<,4>顆粒粒徑減小，增強(qiáng)了LiFePO<,4>顆粒之間的導(dǎo)電性。實(shí)驗(yàn)電池充放電測(cè)試結(jié)果表明，包覆碳的LiFePO<,4

4、>首次放電時(shí)間較未包覆碳的LiFePO<,4>長(zhǎng)。 3、鎂摻雜更有利于生成粒徑小且均勻的LiFe<,x>Mg<,1-x>PO<,4>；碳的包覆使LiFe<,x>Mg<,1-x>PO<,4>/C顆粒粒徑減小，且對(duì)其晶體結(jié)構(gòu)沒有影響。由掃描電鏡圖看出750℃下燒結(jié)的LiFe<,x>Mg<,1-x>PO<,4>/C材料粉末發(fā)生了不同程度的團(tuán)聚，粉體的粒徑均大于2μm，大部分為柱形大顆粒。而650℃下燒結(jié)的LiFe<,x>Mg<,1-x

5、>PO<,4>/C的晶體則顆粒均勻，平均粒徑約1μm，樣品的粒徑較小且產(chǎn)物表面粗糙，具有豐富的微結(jié)構(gòu)，比表面積增大了很多。摻雜Mg<'2+>并包覆碳的LiFe<,x>Mg<,1-x>PO<,4>/C在0.01C和0.2C進(jìn)行放電，放電倍率增大時(shí)放電時(shí)間有很大增長(zhǎng)，且與LiFePO<,4>、LiFePO<,4>/C相比首次放電時(shí)間較長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明包覆碳和摻雜鎂的LiFe<,x>Mg<,1-x>PO<,4>/C要比沒包覆碳，或只包覆碳的材

6、料電化學(xué)性能要好。 4、與碳熱還原法相比，氫熱還原法制備的LiFe<,x>Mg<,1-x>PO<,4>/C晶體的晶格常數(shù)較小；兩種樣品的循環(huán)伏安曲線都反映出一定的可逆性，但氫熱還原法所制LiFe<,x>Mg<,1-x>PO<,4>/C的氧化還原峰電位差值更小。 5．不同有機(jī)物還原劑制備的正極材料LiFe<,x>Mg<,1-x>PO<,4>/C均屬于橄欖石型晶體結(jié)構(gòu)，CV結(jié)果表明檸檬酸做還原劑所制LiFe<,x>Mg<,1-x>P