水熱法制備磷酸鐵鋰及改性研究.pdf

1、鋰離子二次電池是一種非常有潛力的儲(chǔ)能裝置，廣泛地應(yīng)用于3C產(chǎn)品如手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)和移動(dòng)電源等，也逐漸在動(dòng)力汽車、儲(chǔ)能電站、飛機(jī)、軍用儲(chǔ)備電源等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。橄欖石型LiFePO4安全性能好、循環(huán)壽命長(zhǎng)、成本低廉和環(huán)境友好，是新一代最有潛力的鋰離子動(dòng)力電池正極材料之一。但是其電導(dǎo)率低，高倍率容量衰減快的缺陷阻止了其推廣應(yīng)用。因此，要想進(jìn)一步推動(dòng)其廣泛應(yīng)用，從減小LiFePO4顆粒尺寸、控制其形貌和包覆導(dǎo)電物質(zhì)三個(gè)方面來提高Li

2、FePO4電化學(xué)性能是有效的方法。本論文采用水熱法制備了LiFePO4，研究了有機(jī)溶劑、表面活性劑等對(duì)LiFePO4顆粒尺寸、形貌和電化學(xué)性能的影響，探討了LiFePO4形貌、粒度以及表面改性的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)規(guī)律。
　　 采用FeSO4·7H2O，H3PO4和LiOH·H2O為原料，按Li∶Fe∶P摩爾比為3∶1∶1進(jìn)行稱量，以水熱法制備了LiFePO4正極材料。研究了合成過程中反應(yīng)體系的pH值、反應(yīng)溫度、時(shí)間和表面活性劑對(duì)產(chǎn)物結(jié)

3、晶度、顆粒形貌、晶粒大小和擇優(yōu)取向的影響。結(jié)果表明，在反應(yīng)體系pH值為9.27、反應(yīng)溫度為150℃、反應(yīng)時(shí)間8h、0.5V％的聚乙烯醇作為表面活性劑的條件下合成的樣品表現(xiàn)出規(guī)則的片狀形貌，其中衍射峰強(qiáng)I(200)/I(211)為0.4925，樣品在垂直b軸方向有一定的擇優(yōu)生長(zhǎng);SEAD分析表明樣品在ac面為最大面，b軸方向尺寸最短。該樣品表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學(xué)性能，室溫下0.1C倍率充放電，放電比容量達(dá)到108.3mAh·g-1;碳包覆改性

4、后，0.1C倍率放電比容量達(dá)到148mAh·g-1，1C倍率放電時(shí)，材料的放電比容量仍保持在133.9mAh·g-1左右。
　　 采用乙醇/水、丙三醇/水混合溶劑水熱法制備了顆粒尺寸小且形貌均一的LiFePO4。結(jié)果顯示:當(dāng)乙醇和水的體積比為1∶3時(shí)，在180℃保溫5h制備的樣品顆粒尺寸得到明顯的減小，長(zhǎng)×寬×厚約為2μm×1μm×100nm。在0.1C倍率電流下首次放電比容量達(dá)到130.2mAh·g-1，磷酸鐵鋰的電化學(xué)性能明

5、顯改善。
　　 在上述基礎(chǔ)下，研究了有機(jī)物如葡萄糖、抗壞血酸和淀粉輔助下的磷酸鐵鋰水熱合成，結(jié)果表明制備的磷酸鐵鋰尺寸進(jìn)一步減小，其中淀粉輔助水熱法合成的樣品效果最佳。進(jìn)一步研究淀粉濃度輔助水熱合成磷酸鐵鋰的規(guī)律性，淀粉濃度為0.075mol·L-1時(shí)，水熱反應(yīng)后淀粉在LiFePO4表面形成均勻的非晶包覆層，有效地抑制磷酸鐵鋰晶粒生長(zhǎng)，顆粒大小約為100-200nm，并且具有均一的形貌。其中淀粉輔助水熱法合成的樣品經(jīng)過葡萄糖包覆