球形磷酸鐵鋰的合成與電化學(xué)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(diǎn)，已經(jīng)在移動(dòng)通訊、便攜式電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用，且有望作為動(dòng)力電池用于電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車等領(lǐng)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(diǎn)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(jié)構(gòu)錳酸鋰，但是鈷酸鋰價(jià)格昂貴、有毒性，錳酸鋰容量衰減嚴(yán)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(diǎn)。磷酸鐵鋰主要是通過化學(xué)合成的方法得到，如固相法和濕法。固相法合成磷酸鐵鋰時(shí)，合成溫度高、保溫時(shí)間長，且所得磷酸鐵鋰電化學(xué)性能較差。濕法合成的磷酸鐵鋰可以進(jìn)行粒徑和形貌控制，有利于提高磷酸鐵鋰的振實(shí)密度和電化學(xué)性能。因此，對(duì)磷酸鐵鋰的合成方法及其對(duì)電化學(xué)性能的影響進(jìn)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(qū)體；再經(jīng)高溫焙燒，合成了橄欖石型磷酸鐵鋰，對(duì)球形磷酸鐵鋰制備工藝過程及其電化學(xué)特性進(jìn)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(duì)球形磷酸亞鐵的粉體形貌、官能團(tuán)、熱處理制度和晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究；采用SEM和XRD研究了前驅(qū)體、磷酸鐵鋰的形貌和晶體結(jié)構(gòu)；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(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(yīng)，控制其pH在6.0～6.5之間，得到具有無定形結(jié)構(gòu)、含有8個(gè)結(jié)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(qū)體；最后，將前驅(qū)體置于氮?dú)夂蜌錃獗Ｗo(hù)下于500～800℃焙燒5～10h合成球形磷酸鐵鋰、磷酸鐵鋰/碳復(fù)合材料。上述條件是合成球形磷酸亞鐵的最佳工藝。復(fù)合材料中的碳由能譜(EDS)測(cè)

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(cè)量LiFePO4與LiFePO4/C的電化學(xué)性能：利用循環(huán)伏安法(CV)測(cè)量LiFePO4與LiFePO4/C嵌鋰/脫鋰插層反應(yīng)的可逆性，利用交流阻抗測(cè)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(cè)試儀(PCBT-100)測(cè)量LiFePO4與LiFePO4/C的循環(huán)壽命、比容量、工作電壓平臺(tái)等。結(jié)果表明，LiFePO4與LiFeP