电池级磷酸铁的制备工艺研究

发布时间：2019-02-28 14:34

【摘要】：橄榄石结构磷酸亚铁锂是用于动力型锂离子电池的正极材料之一。以磷酸铁为铁源，配以锂源化合物和添加组分所制磷酸亚铁锂表现出较高的电化学活性和较大的振实密度，受到业内的重视。因市售磷酸铁的制备工艺多种多样，多是将金属铁制成铁盐后将铁盐制成氢氧化铁，将氢氧化铁与磷酸反应制备磷酸铁，，或将铁盐与磷酸盐发生复分解反应制备磷酸铁。并多采用氨水来调节反应体系的pH值，采用上述方法最终所制磷酸铁固体或是羟基和结晶水数量不确定的碱式水合磷酸铁Fe(OH)x(PO4)y·nH2O，或是羟基、铵根和结晶水数量不确定的碱式水合磷酸铵铁Fe(NH4)x(OH)y(PO4)z·nH2O。若要直接利用这种晶体结构、铁磷比、羟基、铵根和结晶水具体数量不确定的磷酸铁作为原料来制备磷酸亚铁锂，会使最终原料混合物中的锂、铁、磷比例很难控制到磷酸亚铁锂要求的1:1:1。本论文通过优化沉淀法工艺参数制备出晶体结构、铁磷比和结晶水稳定的磷酸铁；并提出一种制备磷酸铁电解法工艺；以自制磷酸铁为原料，采用高温固相法制备出覆碳磷酸亚铁锂；应用SEM、TG-DSC、XRD、CV、EIS等分析测试技术对所制磷酸铁和磷酸亚铁锂的一些理化性能和电化学性能进行表征。具体结论如下： (1)沉淀法最佳工艺参数：在下述工艺条件下可制得铁磷比0.96-1.0，结晶水数量为2.0-2.2的单斜晶系黄白色磷酸铁产品。控制硝酸铁和磷酸二氢铵的摩尔比为1:2向反应体系加料；配以浓度为硝酸铁浓度1.5%的CTAB或者SDBS为添加剂，用磷酸和氢氧化钠溶液控制反应pH为2.0-2.5，反应温度65℃-75℃。 (2)以浓度为1.0mol/L磷酸二氢铵溶液为电解液，磷酸调节电解液pH=2采用隔膜式电解槽，以金属铁为阳极，以金属镍为阴极，分别采用恒电流或恒电压两种方式的直流电电解，电解过程不断向阳极液中添加20%的双氧水，双氧水的添加量与电解电流的比值为2mol H2O2/h：60A/h，得到无定形FePO42H2O。实验表明恒流电解所制FePO42H2O的颗粒分布更均匀。 (3)用共沉淀法和电解法所制备的FePO4为磷源，以氢氧化锂为锂源，葡萄糖为还原剂，通过碳热还原法合成结晶度良好的LiFePO4/C复合材料。在不同表面活性剂(CTAB和SDBS)下合成的LiFePO4/C复合材料样品的形貌并没有发生很大的变化，分别为六边形和球形，经XRD分析，发现与橄榄石结构LiFePO4(NO.40-1499)匹配很好，材料的XRD图谱中无杂质相。在不同电解条件下合成的LiFePO4/C复合材料形貌为球形，与正交晶系LiFePO4(NO.19-0721)匹配很好，但是在恒流条件下得到的材料峰形锋锐，结晶度较高。 (4)探讨了分别以沉淀法(分别配以CTAB或SDBS)和电解法合成的磷酸铁为铁源合成LiFePO4/C复合材料的电化学性能。电化学性能测试表明，由于SDBS合成的前驱体具有类球形结构，因此在后续工作中得到的复合材料形貌并未改变并且具有稳定的放电电压，类球形结构提高了LiFePO4/C的振实密度，增大产物的表面积。在恒流和恒压条件下合成FePO4分别制备LiFePO4/C复合材料均表现出良好的电化学性能，首次充放电效率分别为95.3%和96.6%，初始容量分别为148.1和150.2mAh/g，在恒流条件下得到的材料循环20次后放电比容量几乎没有衰减。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM912

【共引文献】

相关会议论文 前7条

1 刘志辉;王永仙;梁宇;王旭东;;氧化凝胶去污技术初步研究[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集（第一卷·第5册）[C];2009年

2 龚晓明;葛红花;顾勇;孟新静;赵玉增;;磁处理对碳酸钙结晶以及沉降过程的影响[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第三卷)[C];2010年

3 方洪波;;胜利油田三次采油采出液处理技术进展[A];山东石油学会石油天然气注水及水处理技术中心站油田注水及水处理技术研讨会论文集[C];2008年

4 罗廉明;胡立嵩;顾德付;;起泡剂WHL-3的研究[A];第四届全国矿山采选技术进展报告会论文集[C];2001年

5 周英彦;高首山;李红霞;李莉香;;关于成核速率公式的研究(Ⅰ)——液相胶粒成核速率公式的简化近似表达式[A];第六届全国颗粒制备与处理学术会议论文集[C];2000年

6 高首山;周英彦;李红霞;李晓奇;;关于成核速率公式的研究(Ⅱ)——液相胶粒成核速率公式及近似表达式的应用[A];第六届全国颗粒制备与处理学术会议论文集[C];2000年

7 许勇;胡黎明;唐学友;陈飞跃;;液态石蜡介质中α-Al_2O_3分散行为研究[A];94'全国结构陶瓷、功能陶瓷、金属/陶瓷封接学术会议论文集[C];1994年

相关博士学位论文 前10条

1 刘述忠;纳米掺锑氧化锡（ATO）粉体制备及其浆料稳定性[D];昆明理工大学;2009年

2 陈甜甜;除虫脲水悬浮剂的物理稳定性及机理研究[D];山东农业大学;2011年

3 王庆伟;铅锌冶炼烟气洗涤含汞污酸生物制剂法处理新工艺研究[D];中南大学;2011年

4 高洪峰;河南油田二元复合驱采出液稳定机理与处理方法研究[D];东北石油大学;2011年

5 穆畅道;利用铬革渣研制皮革复鞣剂和涂饰剂[D];四川大学;2001年

6 刘晓荣;铜溶剂萃取界面乳化机理及防治研究[D];中南大学;2001年

7 王颖;稠油微波加热降粘机理的研究[D];中国科学院研究生院（电子学研究所）;2002年

8 刘超;模板法制备长程有序层状羟基磷灰石及其海藻酸盐基复合微球的研究[D];天津大学;2004年

9 陈礼仪;泡沫及泡沫钻进技术的理论与实践[D];成都理工大学;2004年

10 李启厚;湿化学法制备ZnS, CdS纳米粉末的结构形貌控制及其组装行为的研究[D];中南大学;2001年

相关硕士学位论文 前10条

1 洒盼盼;稀土共发光反应的研究及其纳米材料的相转移法制备[D];山东农业大学;2010年

2 王永胜;小孔径泡沫铝的制备及机理研究[D];昆明理工大学;2009年

3 王国文;基于分形理论的钛铁尾矿絮凝沉降试验研究[D];昆明理工大学;2009年

4 柏泽伟;嵌段共聚物与二氧化硅胶体粒子之间相互作用[D];吉林大学;2011年

5 徐敏;纳米氧化钛粉的控制制备及染料敏化太阳能电池的研究[D];景德镇陶瓷学院;2011年

6 金晓;氧化铝陶瓷凝胶注模成型工艺中固化应力的测试与表征[D];中北大学;2011年

7 张玉锋;铬盐生产中碱性液酸化及中和除铝的研究[D];中南大学;2011年

8 林俊峰;熔渗法制备钼铜复合材料[D];中南大学;2011年

9 唐代春;锂离子电池正极材料LiFePO_4前驱体的制备及合成LiFePO_4/C的性能研究[D];中南大学;2011年

10 卢凤娟;Na-型蒙脱土颗粒对聚驱采油污水乳化稳定性的影响探究[D];山东大学;2011年

本文编号：2431884