由不同晶型Fe2O3制備LiFePO4-C正極材料工藝研究.pdf

1、自1997年被提出可用作鋰離子電池正極材料以來，磷酸亞鐵鋰（LiFePO4）因其安全、環(huán)保、循環(huán)壽命長、資源豐富等優(yōu)點，尤其是近年來經(jīng)顆粒納米化、表面包覆碳、局外金屬離子摻雜等手段有效地克服了其本征電子導(dǎo)電率和鋰離子擴散率較低的缺點后，磷酸亞鐵鋰材料現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于動力型和儲能型鋰離子電池。
　　制備磷酸亞鐵鋰所用的鐵源，按照價態(tài)分為二價鐵（如：草酸亞鐵，醋酸亞鐵，磷酸亞鐵等）和三價鐵（如：硝酸鐵，磷酸鐵，F(xiàn)e2O3，檸檬酸鐵等）

2、兩類。以氧化鐵紅為原料制備磷酸亞鐵鋰正極材料已有文獻報道，但Fe2O3具有多種同質(zhì)異構(gòu)體，其晶體結(jié)構(gòu)與磷酸亞鐵鋰正極材料電化學(xué)性能之間的關(guān)系目前仍不清楚，本論文對此進行探討，結(jié)果如下：
　　分別采用化學(xué)沉淀法、熱分解法和聲波降解法制備出長方形片狀α型(長約500 nm，寬約50 nm)、短棒狀β型(長約400 nm，寬約100 nm)和針狀γ型(長約360～720 nm)三種不同晶體結(jié)構(gòu)的Fe2O3。并以這三種Fe2O3為鐵源，配

3、以LiOH、NH4H2PO4、蔗糖等原料，經(jīng)球磨混合、高溫固相反應(yīng)法制備出LiFePO4/C復(fù)合正極材料。并采用XRD、SEM、實驗電池電化學(xué)性能測試等手段對所制 Fe2O3及LiFePO4/C復(fù)合正極材料的晶體結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能進行了表征與分析。
　　經(jīng)對高溫固相反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間的篩選，以α-Fe2O3，β-Fe2O3和γ-Fe2O3三種晶型的Fe2O3為鐵源制備LiFePO4/C復(fù)合材料，適宜的反應(yīng)溫度為650 oC，適

4、宜的反應(yīng)時間為10 h。
　　半電池充放電實驗顯示，在碳含量(1wt.％-3wt.%)較低情況下，由γ-Fe2O3所制LiFePO4/C正極材料，在0.1C-10.0C倍率下的放電比容量，優(yōu)于由α-Fe2O3或由β-Fe2O3所制 LiFePO4/C正極材料的放電比容量。在碳含量較高(4wt.%，5wt.%)情況下，由α-Fe2O3或由β-Fe2O3所制LiFePO4/C正極材料在0.1C-10C倍率下的放電比容量，有較大幅度的提

5、升，甚至超過相同碳含量由γ-Fe2O3所制LiFePO4/C正極材料的放電比容量。
　　以α-Fe2O3作為鐵源制備LiFePO4/C正極材料，適宜的碳含量為5wt.%；以β-Fe2O3和γ-Fe2O3作為鐵源制備LiFePO4/C正極材料，適宜的碳含量為3wt.%。以α-Fe2O3，β-Fe2O3和γ-Fe2O3三種晶型的Fe2O3為鐵源所制LiFePO4/C復(fù)合材料在不同倍率下的充放電比容量和充放電循環(huán)性能，與所用Fe2O3晶