水熱反萃法合成鋰離子電池正極材料LiFePO4及其改性研究.pdf

1、新能源的不斷發(fā)展是人類可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。鋰離子電池具有眾多優(yōu)點(diǎn)符合新時(shí)代的發(fā)展需要,其中橄欖石型LiFePO4正極材料因其循環(huán)性能好,安全,環(huán)保,原料來(lái)源豐富、價(jià)格低廉,被認(rèn)為是一種極具應(yīng)用潛力的動(dòng)力型鋰離子電池正極材料。目前,針對(duì)LiFePO4的制備主要分為兩種,固相法和液相法。固相法工藝簡(jiǎn)單,易于工業(yè)化,現(xiàn)在較為成熟,但此方法制備的產(chǎn)物粒徑大,晶型無(wú)規(guī)則,分布不均勻,生產(chǎn)批次間不穩(wěn)定,影響了LiFePO4的性能,此外固相法能源與

2、時(shí)間消耗都較大。液相法可以很好地解決以上缺點(diǎn)。根據(jù)過(guò)程耦合的原理,本文提出了一種合成LiFePO4的新方法—水熱反萃法。該法用廉價(jià)的亞鐵鹽和環(huán)烷酸制備負(fù)載亞鐵離子的有機(jī)相,用磷酸和氫氧化鋰配制成水溶液,通過(guò)有機(jī)相和水相中的離子交換一步合成LiFePO4。
　　本文詳細(xì)研究含LiH2PO4的水相反萃取負(fù)載亞鐵的環(huán)烷酸-異辛醇體系合成LiFePO4的方法原理和一些影響因素。運(yùn)用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)等手段對(duì)樣

3、品進(jìn)行表征,結(jié)果表明水相中Li+/PO43-摩爾比、還原劑添加量以及反萃的溫度對(duì)樣品結(jié)構(gòu)的影響最為顯著。利用循環(huán)伏安、交流阻抗和恒電流充放電測(cè)試,考察了不同條件合成樣品的電化學(xué)性能。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),在水熱反萃溫度250℃,反應(yīng)3 h,之后在80℃保溫5 h制備的樣品具有最優(yōu)的電化學(xué)性能。
　　LiFePO4有許多優(yōu)點(diǎn),但同時(shí)也存在著缺點(diǎn)。純相LiFePO4的離子電導(dǎo)率和電子電導(dǎo)率都比較低,而且在充放電時(shí),Li+在LiFePO4/Fe

4、PO4兩相之間的擴(kuò)散系數(shù)也不大,十分不利于Li+離子和電子的擴(kuò)散,因此就必須對(duì)LiFePO4進(jìn)行改性。碳包覆是一種有效的改性手段。文中利用XRD、SEM、HRTEM以及電化學(xué)測(cè)試研究了不同煅燒溫度、煅燒時(shí)間、碳包覆量和碳源的影響,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)針對(duì)水熱反萃法,葡萄糖是最佳碳源,添加10％的葡萄糖,在650℃煅燒4 h合成的LiFePO4/C具有最優(yōu)秀的電化學(xué)性能。
　　碳包覆主要是改善活性物質(zhì)顆粒之間以及活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑之間的導(dǎo)電性