電池級磷酸鐵的制備工藝研究.pdf

1、橄欖石結(jié)構(gòu)磷酸亞鐵鋰是用于動力型鋰離子電池的正極材料之一。以磷酸鐵為鐵源，配以鋰源化合物和添加組分所制磷酸亞鐵鋰表現(xiàn)出較高的電化學(xué)活性和較大的振實密度，受到業(yè)內(nèi)的重視。因市售磷酸鐵的制備工藝多種多樣，多是將金屬鐵制成鐵鹽后將鐵鹽制成氫氧化鐵，將氫氧化鐵與磷酸反應(yīng)制備磷酸鐵，或?qū)㈣F鹽與磷酸鹽發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)制備磷酸鐵。并多采用氨水來調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值，采用上述方法最終所制磷酸鐵固體或是羥基和結(jié)晶水?dāng)?shù)量不確定的堿式水合磷酸鐵Fe(OH)x(

2、PO4)y·nH2O，或是羥基、銨根和結(jié)晶水?dāng)?shù)量不確定的堿式水合磷酸銨鐵Fe(NH4)x(OH)y(PO4)z·nH2O。若要直接利用這種晶體結(jié)構(gòu)、鐵磷比、羥基、銨根和結(jié)晶水具體數(shù)量不確定的磷酸鐵作為原料來制備磷酸亞鐵鋰，會使最終原料混合物中的鋰、鐵、磷比例很難控制到磷酸亞鐵鋰要求的1∶1∶1。本論文通過優(yōu)化沉淀法工藝參數(shù)制備出晶體結(jié)構(gòu)、鐵磷比和結(jié)晶水穩(wěn)定的磷酸鐵;并提出一種制備磷酸鐵電解法工藝;以自制磷酸鐵為原料，采用高溫固相法制備出

3、覆碳磷酸亞鐵鋰;應(yīng)用SEM、TG-DSC、XRD、CV、EIS等分析測試技術(shù)對所制磷酸鐵和磷酸亞鐵鋰的一些理化性能和電化學(xué)性能進(jìn)行表征。具體結(jié)論如下:
　　(1)沉淀法最佳工藝參數(shù):在下述工藝條件下可制得鐵磷比0.96-1.0，結(jié)晶水?dāng)?shù)量為2.0-2.2的單斜晶系黃白色磷酸鐵產(chǎn)品。控制硝酸鐵和磷酸二氫銨的摩爾比為1∶2向反應(yīng)體系加料;配以濃度為硝酸鐵濃度1.5％的CTAB或者SDBS為添加劑，用磷酸和氫氧化鈉溶液控制反應(yīng)pH為2.

4、0-2.5，反應(yīng)溫度65℃-75℃。
　　(2)以濃度為1.0mol/L磷酸二氫銨溶液為電解液，磷酸調(diào)節(jié)電解液pH=2采用隔膜式電解槽，以金屬鐵為陽極，以金屬鎳為陰極，分別采用恒電流或恒電壓兩種方式的直流電電解，電解過程不斷向陽極液中添加20％的雙氧水，雙氧水的添加量與電解電流的比值為2molH2O2/h:60A/h，得到無定形FePO4·2H2O。實驗表明恒流電解所制FePO4·2H2O的顆粒分布更均勻。
　　(3)用共沉

5、淀法和電解法所制備的FePO4為磷源，以氫氧化鋰為鋰源，葡萄糖為還原劑，通過碳熱還原法合成結(jié)晶度良好的LiFePO4/C復(fù)合材料。在不同表面活性劑(CTAB和SDBS)下合成的LiFePO4/C復(fù)合材料樣品的形貌并沒有發(fā)生很大的變化，分別為六邊形和球形，經(jīng)XRD分析，發(fā)現(xiàn)與橄欖石結(jié)構(gòu)LiFePO4(NO.40-1499)匹配很好，材料的XRD圖譜中無雜質(zhì)相。在不同電解條件下合成的LiFePO4/C復(fù)合材料形貌為球形，與正交晶系LiFeP

6、O4(NO.19-0721)匹配很好，但是在恒流條件下得到的材料峰形鋒銳，結(jié)晶度較高。
　　(4)探討了分別以沉淀法(分別配以CTAB或SDBS)和電解法合成的磷酸鐵為鐵源合成LiFePO4/C復(fù)合材料的電化學(xué)性能。電化學(xué)性能測試表明，由于SDBS合成的前驅(qū)體具有類球形結(jié)構(gòu)，因此在后續(xù)工作中得到的復(fù)合材料形貌并未改變并且具有穩(wěn)定的放電電壓，類球形結(jié)構(gòu)提高了LiFePO4/C的振實密度，增大產(chǎn)物的表面積。在恒流和恒壓條件下合成FeP