鋰離子電池正極材料LiFePO4的合成及中試研究.pdf

1、橄欖石型結(jié)構(gòu)的LiFePO4因其具有原料來(lái)源豐富、價(jià)格低廉,環(huán)保安全,用作正極材料時(shí),無(wú)記憶性,理論放電比容量高,電壓平臺(tái)高(vs. Li/Li+=3.4V),穩(wěn)定性好,循環(huán)性能優(yōu)良等眾多優(yōu)點(diǎn),成為最具發(fā)展前景的鋰離子正極材料之一。但是其固有的電子導(dǎo)電率低和Li+擴(kuò)散率低等缺點(diǎn)限制了其進(jìn)一步的發(fā)展。
　　本研究結(jié)合固相法和液相法的優(yōu)點(diǎn),采用液相復(fù)合晶體法,并對(duì)前驅(qū)體制備工藝、噴霧干燥工藝及后期加工工藝進(jìn)行了研究和優(yōu)化,在小試材料性

2、能好且穩(wěn)定的條件下,進(jìn)行了中試初步研究,優(yōu)化了中試回轉(zhuǎn)爐燒結(jié)參數(shù),并對(duì)材料進(jìn)行了形貌及電性能表征。討論了不同分散劑、分散劑加入量、不同碳源、碳源加入量等前期制備工藝對(duì)材料性能的影響,實(shí)驗(yàn)確定的最佳制備條件:以CTAB為分散劑,加入量為5g/mol,以葡萄糖為外加包覆碳源,包覆量為4g/mol,制備的材料粒徑分布均勻,導(dǎo)電率高。討論了噴霧濃度、噴霧進(jìn)風(fēng)口溫度、母液進(jìn)料速率等噴霧干燥工藝與材料性能的相關(guān)性,實(shí)驗(yàn)確定了這幾個(gè)參數(shù)的最佳值:噴霧

3、濃度為0.67mol/L,進(jìn)風(fēng)口溫度為250℃,進(jìn)料速率為35ml/min,所制備的材料振實(shí)密度高、含水率低,材料電性能好。探討了后期加工工藝如預(yù)燒前壓片處理、高溫?zé)扒蚰ァ筮^(guò)篩粒徑等的影響,確定的制備條件:預(yù)燒前壓片處理,采用10Mpa液壓壓力時(shí)效果為佳,球磨頻率為30Hz、時(shí)間為10min,燒后采用過(guò)400目篩進(jìn)行粒徑分級(jí)。在小試實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化的基礎(chǔ)上,還初步進(jìn)行了中試研究,嘗試進(jìn)行10Kg級(jí)材料的生產(chǎn),主要討論了中試回轉(zhuǎn)燒結(jié)爐的

4、一些運(yùn)行參數(shù),如高溫?zé)Y(jié)時(shí)間、溫度、氣氛等,并對(duì)中試材料進(jìn)行了物理和電性能表征,同時(shí)與小試材料和其他市面上LiFePO4材料進(jìn)行性能比較,以評(píng)價(jià)中試材料的優(yōu)劣。高溫?zé)Y(jié)階段采用660℃,在氬氣氛圍下燒結(jié)8 h,所得材料的性能最佳。XRD表明材料具有單一的 LiFePO4橄欖石結(jié)構(gòu);材料的粒徑分布基本上呈正態(tài)分布,其粒徑分布主要在0~10μm和5~20μm;能譜分析表明材料是純相的;電性能分析表明材料小倍率性能很好,在0.1C和0.2C電