球形磷酸鐵鋰的合成與電化學特性研究.pdf

1、鋰二次電池因其高比能量、高工作電壓、寬溫度范圍、長循環(huán)壽命、低自放電率等優(yōu)點，已經(jīng)在移動通訊、便攜式電子產品中得到廣泛應用，且有望作為動力電池用于電動汽車、混合動力汽車等領域。由于鋰二次電池的主要性能是由正極材料決定的，因此開發(fā)性能卓越的鋰離子電池正極材料成為鋰二次電池研究的熱點之一。在目前商用化的二次電池中，正極材料主要是層狀化合物鈷酸鋰和尖晶石結構錳酸鋰，但是鈷酸鋰價格昂貴、有毒性，錳酸鋰容量衰減嚴重、高溫性能差。因此，具有高比能量

2、、寬溫度范圍、環(huán)境相容性好的磷酸鐵鋰成為鋰=次電池正極材料的研究熱點。磷酸鐵鋰主要是通過化學合成的方法得到，如固相法和濕法。固相法合成磷酸鐵鋰時，合成溫度高、保溫時間長，且所得磷酸鐵鋰電化學性能較差。濕法合成的磷酸鐵鋰可以進行粒徑和形貌控制，有利于提高磷酸鐵鋰的振實密度和電化學性能。因此，對磷酸鐵鋰的合成方法及其對電化學性能的影響進行深入研究具有重要的意義。
　　 本文以硫酸亞鐵、磷酸、氨水和氫氧化鋰為原料，通過兩步沉淀法，先合

3、成球形磷酸亞鐵，然后制備磷酸鋰包裹磷酸亞鐵前驅體；再經(jīng)高溫焙燒，合成了橄欖石型磷酸鐵鋰，對球形磷酸鐵鋰制備工藝過程及其電化學特性進行了系統(tǒng)研究。
　　 通過掃描電子顯微鏡(SEM)、傅立葉紅外光譜(FTIR)、熱重-差示掃描量熱(TG-DSC)和X射線衍射(XRD)對球形磷酸亞鐵的粉體形貌、官能團、熱處理制度和晶體結構進行研究；采用SEM和XRD研究了前驅體、磷酸鐵鋰的形貌和晶體結構；采用FTIR、XRD、TG-DSC和X射線能

4、譜(EDS)研究了磷酸鐵鋰的形成機理。實驗結果顯示，采用0.42mo/L的硫酸亞鐵溶液和0.28mol/L的(NH4)3PO4溶液混合反應，控制其pH在6.0～6.5之間，得到具有無定形結構、含有8個結晶水的球形磷酸亞鐵；然后在磷酸亞鐵表面包覆磷酸鋰，得到前驅體；最后，將前驅體置于氮氣和氫氣保護下于500～800℃焙燒5～10h合成球形磷酸鐵鋰、磷酸鐵鋰/碳復合材料。上述條件是合成球形磷酸亞鐵的最佳工藝。復合材料中的碳由能譜(EDS)測

5、定，其含碳量分別為2％和10％(wt％)。
　　 采用多通道恒電位/電流儀(VMP2)測量LiFePO4與LiFePO4/C的電化學性能：利用循環(huán)伏安法(CV)測量LiFePO4與LiFePO4/C嵌鋰/脫鋰插層反應的可逆性，利用交流阻抗測試模擬電池中磷酸鐵鋰與電解液的界面狀況。采用力興電池程控測試儀(PCBT-100)測量LiFePO4與LiFePO4/C的循環(huán)壽命、比容量、工作電壓平臺等。結果表明，LiFePO4與LiFeP