新型磷酸铁前驱体及磷酸铁锂正极材料的制备及性能研究

发布时间：2020-11-20 20:02

　　磷酸铁锂在成本、安全性、循环性能、高温性能等方面具有突出的优势,是电动汽车动力锂离子电池和储能电池的理想正极材料。磷酸铁是制备磷酸铁锂的重要前驱体。高品质、低成本电池级磷酸铁的制备新技术日益受到重视。本文研究了控制结晶-陈化晶化法、氧化控制结晶-陈化晶化法、尿素热解沉淀法三种新型的磷酸铁制备工艺,研制出多种新型的磷酸铁前驱体。将磷酸铁前驱体制备成磷酸铁锂,做成电池,系统地测试评价材料的电化学性能。用分光光度法分析、ICP分析、化学分析、差热热重分析、X射线衍射分析、激光粒度分析、扫描电镜分析等对磷酸铁前驱体和磷酸铁锂正极材料的成分、结构、形貌、物理化学性能进行系统地分析表征。研究表明,控制结晶-陈化晶化法可以实现磷酸铁前驱体的连续稳定生产,有利于简化工艺、降低成本、增大生产能力、提高产品品质。制备出的前驱体呈球壳状,流动性好。氧化控制结晶-陈化晶化法作了进一步的改进,不仅可以实现磷酸铁前驱体的连续稳定生产,而且可以省去Fe~(2+)的预氧化步骤,简化了工艺流程,同时显著节约了酸和碱,成本明显降低。通过研究提出了陈化晶化技术,可使非晶态FePO_4·2H_2O转化生成结晶态FePO_4·2H_2O,并对其成分、结构、形貌进行有效调控,特别对调控前驱体的Fe/P摩尔比具有重要意义。研究表明,采用上述两种新型工艺,铁源既可以用硫酸亚铁也可以用硝酸铁,碱既可以用氨水也可以用氢氧化钠,都可以制备出结晶完好具有微纳米结构的FePO_4·2H_2O,以此为前驱体制得的磷酸铁锂正极材料具有优异的性能。尿素热解沉淀法可以一步制得结晶态的FePO_4·2H_2O,省去了陈化晶化过程,进一步简化了工艺,降低了成本。用上述三种新工艺制得了石墨烯复合磷酸铁前驱体,以此制得的石墨烯复合磷酸铁锂正极材料的倍率性能和大电流充放电性能显著改善。氧化控制结晶-陈化晶化法中试生产表明,新技术特别适合于磷酸铁前驱体的连续规模经济生产。制得的磷酸铁锂正极材料具有优异的综合性能,特别是具有高压实密度的突出优点。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM912;TQ131.11
【部分图文】：