a-FeOOH與a-LiFeO2的水熱合成研究.pdf

1、在鋰離子電池的應(yīng)用中，正極材料發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是進(jìn)一步提高電池性能、降低成本的關(guān)鍵。因此，制備具有高性能、低成本的新型的鋰離子電池正極材料成為當(dāng)今鋰離子電池行業(yè)發(fā)展的主要方向。
　　 目前，LiCoO2是市場上主要的鋰離子電池正極材料，它穩(wěn)定的放電平臺(tái)、出色的循環(huán)性能都是其它材料所不可比擬的，但由于地球上鈷資源貧乏，且鈷有較大毒性，從經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的角度來看，LiCoO2被取代已是大勢所趨。α-LiFeO2由于具有較高的理論容

2、量，良好的循環(huán)性能和安全性能，豐富的原料來源，低廉的成本，以及對(duì)環(huán)境友好等特性，是鋰離子電池正極材料研究的熱點(diǎn)之一。
　　 α-FeOOH作為制備α-LiFeO2的原料，也是制備α-LiFeO2的關(guān)鍵技術(shù)。本文采用水熱法分別合成了純相的α-FeOOH和α-LiFeO2，研究了不同工藝條件對(duì)產(chǎn)物的影響，優(yōu)化了合成工藝。利用XRD、SEM、FT-IR、激光粒度分析、EDS及TG等手段對(duì)產(chǎn)物物相及形貌進(jìn)行了表征分析；研究了十六烷基三甲

3、基溴化銨(CTAB)、十二烷基硫酸鈉(SDS)和十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)三種表面活性劑對(duì)水熱合成α-LiFeO2的影響。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　 以Fe(NO3)3·9H2O、KOH為原料，采用水熱法合成出了正交相的α-FeOOH納米棒，其結(jié)晶性能良好，直徑大約為80nm，長度大約為1μm。研究了礦化劑KOH濃度、Fe(NO3)3·9H2O初始濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間以及填充度對(duì)產(chǎn)物物相組成和形貌的影響，得出了合適的α

4、-FeOOH納米棒的合成條件：礦化劑KOH濃度為0.1mol·L-1，F(xiàn)e(NO3)3·9H2O初始濃度為0.1mol.L-1，填充度為80％，在100℃下反應(yīng)8h。研究表明：在所考察的實(shí)驗(yàn)條件內(nèi)，過高的礦化劑濃度、Fe(NO3)3·9H2O初始濃度和反應(yīng)溫度都不利于純相α-FeOOH的生成；而反應(yīng)時(shí)間和填充度對(duì)產(chǎn)物的物相組成幾乎沒有影響，影響的只是晶體的結(jié)晶度和微觀形貌。
　　 以α-FeOOH為鐵源，LiOH·H2O為鋰源，

5、采用水熱法合成出了多面體形貌的α-LiFeO2，其直徑大約為2μm，分散性良好，粒度分布范圍窄。通過研究Li/Fe摩爾比、α-FeOOH的初始濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間以及填充度等因素對(duì)水熱合成α-LiFeO2的影響，得出了α-LiFeO2合適的制備條件為：Li/Fe摩爾比為30:1，α-FeOOH的濃度為0.5mol.L-1，填充度為80％，在210℃下反應(yīng)6h。研究表明：當(dāng)Li/Fe摩爾比低于30:1時(shí)，有雜相α-Fe2O3和Li0.

6、5Fe2.5O4生成；在α-FeOOH初始濃度大于0.1mol.L-1時(shí)，體系粒子擴(kuò)散受阻，反應(yīng)不夠充分；而溫度為160℃時(shí)，體系根本就不發(fā)生反應(yīng)；同樣，在考察的實(shí)驗(yàn)條件內(nèi)，反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間與填充度對(duì)產(chǎn)物的物相組成也幾乎沒有影響，影響的只是晶體的結(jié)晶度和微觀形貌。
　　 在20～800℃范圍內(nèi)考察了溫度對(duì)α-FeOOH和α-LiFeO2的穩(wěn)定性影響，結(jié)果表明：α-FeOOH在熱處理過程中出現(xiàn)了相變，脫水形成α-Fe2O3，相變

7、溫度為240～300℃；而α-LiFeO2經(jīng)過熱處理后，除了沒有發(fā)生失重外，其晶型亦未發(fā)生改變，說明水熱得到的α-LiFeO2粉體具有很好的穩(wěn)定性。
　　 考察了表面活性劑對(duì)水熱合成α-LiFeO2物相組成及形貌的影響，研究表明：當(dāng)反應(yīng)體系內(nèi)加入表面活性劑時(shí)，對(duì)水熱合成α-LiFeO2物相組成沒有影響，但對(duì)其微觀形貌的影響卻比較大。在實(shí)驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，CTAB主要起到了軟模板控制粉體粒徑大小的作用，而SDS和SDBS的作用主要體現(xiàn)