鋰離子電池正極材料LiFePO4的制備及工藝改進研究.pdf

1、LiFePO4為橄欖石結構,理論比容量為170mAh/g,被認為是動力鋰離子電池較理想的正極材料。目前LiFePO4的合成方法有高溫固相法、水熱法、熱還原法、微波法、沉淀法、溶膠凝膠法等,但不論哪種方法都存在優(yōu)缺點。本文采用埋炭保護的方法,即高溫合成時將木炭粉填在前驅體的周圍,使其在高溫時與氧氣反應,從而對合成的LiFePO4起保護作用,使生產過程中不需惰性氣體的保護,以降低其對設備的要求。并通過電化學性能測試,XRD、SEM等分析手段

2、探索此合成工藝中各因素對材料性能的影響。
　　 以Li2CO3、 FeC2O4·2H2O、(NH4)2HPO4為原料合成LiFePO4,對比氬氣保護與埋炭保護下制備材料的電化學性能。通過對比實驗結果表明埋炭法應用在LiFePO4的制備上是可行的,且與氬氣保護相比埋炭保護更有利于材料的合成。埋炭法在700℃下合成純的LiFePO4在0.1C下的首次放電比容量較好為104.6mAh/g。
　　 在前一實驗的基礎上對工藝進行改

3、進,以自制FePO4為原料,并以蔗糖為還原劑,采用埋炭保護結合碳熱還原的方法合成LiFePO4/C材料。在Li2CO3、CH3COOLi-2H2O、LiOH·H2O這三種鋰源中,以Li2CO3為鋰源時合成材料的性能相對較好,在0.1C下的首次放電比容量為137.5mAh/g。在此工藝中碳的引入至關重要,實驗表明碳含量從零到7.95wt％變化時,振實密度從1.31g·cm-3到1.13g·cm-3之間遞減。當碳含量為4.25wt％時性能較

4、好,0.1C下的首次放電比容量為147.4mAh/g。合成溫度對材料晶形結構有重要影響,隨著溫度的升高,材料晶形結構更完整,但溫度較高在750℃時會產生Li3PO4、Li4P2O7及Fe2P雜質。實驗表明在650℃時材料的電化學性能較好,0.1C下的首次放電比容量為148.7mAh/g。由于采用木炭保護體系,隨著保溫時間的延長,此體系的保護性能會降低,實驗表明當保溫時間為10h時材料的性能較好,0.1C下的首次放電比容量為153.0mA

5、h/g。
　　 經過工藝優(yōu)化,采用n(FePO4-2H2O):n(Li2CO3):n(C12H22O11)=1:0.5:0.04配比,650℃下保溫8h合成LiFePO4/C。對其高倍率測試,2C、4C時的放電比容量分別為107.5mAh/g、85mAh/g。樣品通過30周循環(huán)后,放電比容量為140.9mAh/g,容量保持率為94.1％,每次放電效率保持在99％以上,具有較好的循環(huán)性能。并采用循環(huán)伏安法結合Randles-Sev