鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰制備及反應動力學研究.pdf

1、隨著新能源的開發(fā)利用和電子信息技術的迅速發(fā)展，人們對便攜式能源的需求急劇增長，對鋰離子二次電池的性能要求也越來越高。作為鋰離子電池正極材料的橄欖石型LiFePO4具有高比容量、平穩(wěn)的放電平臺(3.4V vs．Li+/Li)、良好的循環(huán)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性、價格低廉和環(huán)境友好等優(yōu)點，有望制成高功率型電池應用于電動車。由于LiFePO4的制備工藝對其材料性能有很大的影響，因此深入研究制備過程的反應機理和動力學有助于使制備過程更加可控，更好地應用

2、于工業(yè)生產。 本文首次采用一氧化碳氣體還原三價鐵前驅體的方法，制備出性能良好的磷酸鐵鋰正極材料，通過X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、充放電測試、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和X射線光電子能譜(XPS)等表征方法考察了材料的結構特征、顆粒形貌和電化學性能等，用高溫原位XRD方法對該合成反應的機理和動力學過程進行了初步探索。主要研究結果如下： 1．由CO還原FePO4和LiOH前驅體制備LiFePO4正極材

3、料，對燒結溫度和包碳方式進行了優(yōu)化。實驗結果表明550℃下合成的純LiFePO4經過600℃包碳處理2小時得到的正極材料具有最好的電化學性能。還考察了不同LiOH和FePO4初始比例對LiFePO4材料的結構、形貌和電化學性能的影響，發(fā)現(xiàn)前驅體中適度過量的LiOH可有效地抑制高溫煅燒過程中的鋰損失，而不改變LiFePO4穩(wěn)定的晶相結構，因此合成時應適當提高前驅體中的鋰鹽比例。其中前驅體過量5％LiOH合成的LiFePO4材料顆粒較小約2

4、00nm，電化學性能最佳，包碳后0.1C放電容量可達158mAh/g，且具有較好的倍率性能和循環(huán)性能。 2．采用高溫原位XRD的方法對該合成反應進行實時監(jiān)控，通過對時間分辨圖譜中各物相XRD特征峰變化的分析，檢測到中間產物Li3Fe2(PO4)3。由此可推測該合成反應可能分兩步進行，即LiOH和FePO4先生成Li3Fe2(PO4)3，而后CO再還原該中間體而得到最終產物LiFePO4。同時將反應分數(shù)和產物的XRD特征峰峰面積相