LiFePO4正極材料及其FePO4前驅(qū)體的制備與電化學性能.pdf

1、鋰離子電池正極材料LiFePO4因原料來源廣泛,價格低廉,對環(huán)境友好,材料熱穩(wěn)定性好和所制備電池安全性能高等諸多優(yōu)點,使得其在各種可移動電源領(lǐng)域特別是電動車、新能源汽車等所需大型動力電源領(lǐng)域有著極大的市場前景。但是,LiFePO4存在振實密度低、電導率低等缺點,影響了其實用化的進程。粉體材料的振實密度與粉體顆粒的形貌、粒徑及其分布密切相關(guān)。正極材料粉體顆粒的球形化是提高材料振實密度和體積比容量的有效途徑。而磷酸鐵(FePO4),作為重要

2、的金屬磷酸鹽之一,具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、成本低、無毒、環(huán)境友好和安全性高等優(yōu)點,是合成LiFePO4的一種理想原材料。本文旨在以合成的球形FePO4為前驅(qū)體合成球形LiFePO4/C,從而改善其電化學性能。
　　 本文第三章研究了水熱法合成出多種形貌的Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O晶體。SEM觀察發(fā)現(xiàn),當以FeCl3·6H2O為鐵源,H3PO4為磷源,PVP為分散劑,且H3PO4和FeCl3·6H2O的摩爾比為2:1時合成產(chǎn)物為

3、。Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O多孔狀微球晶體,馬弗爐中200℃保溫4 h,650℃保溫5 h熱處理后得到FePO4晶體保持原有微球結(jié)構(gòu),尺寸范圍為2～5μm。以NH4H2PO4作為磷源,NH4H2PO4與FeCl3·6H2O的摩爾比為1:1時合成的Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O晶體為尺寸分布均勻的多孔微球,粒徑范圍為2～7μm。以Na3PO4作為磷源,Na3PO4與FeCl3·6H2O的摩爾比為1:1且反應(yīng)液pH小于2

4、時,晶體是分布均勻的類橄欖球形;pH在2-6之間,晶體由類橄欖形貌向準球形生長,有形成球形Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O晶體的可能。同時本章對不同形貌Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O晶體生長機理進行了討論。
　　 第四章以FeCl3、H3PO4和NH3·H2O為原料,通過控制結(jié)晶法合成多孔FePO4·3H2O微球。XRD顯示,FePO4·3H2O多孔微球經(jīng)650℃煅燒10 h后由無定形態(tài)轉(zhuǎn)變成α-石英結(jié)構(gòu)的FePO

5、4。SEM觀察發(fā)現(xiàn),合成的FePO4·3H2O多孔微球粉末粒徑尺寸在10-28μm之間,顆粒尺寸較大。同時本章對多孔微球FePO4·3H2O的形成機理進行了討論。
　　 第五章以控制結(jié)晶制備的FePO4·3H2O多孔微球為前驅(qū)體,LiOH·3H2O和葡萄糖為原料,碳熱固相合成多孔微球LiFePO4/C復(fù)合材料。通過SEM測試發(fā)現(xiàn),以FePO4·3H2O多孔微球為前驅(qū)體合成的LiFePO4/C復(fù)合材料是粒徑尺寸在10-28μm之間

6、的多孔微球。通過對不同濃度、不同滴加速度和不同反應(yīng)時間所得FePO4對應(yīng)的時LiFePO4/C復(fù)合材料的電化學性能比較得出,LiFePO4/C多孔微球復(fù)合材料具有較好的電化學性能。在0.1 C倍率下的首次放電容量達151.8 mAh·g-1,在0.5 C倍率下,首次放電比容量達141.4 mAh·g-1,經(jīng)過50個循環(huán)后容量仍然保持在140.4 mAh·g-1,容量保持率為99.3％。在0.5,1,2和5 C的放電容量分別是125.9,