基于微米氧化铁的LiFePO 4 /C正极材料制备及性能研究
发布时间：2022-01-21 21:03
文章以微米级氧化铁为原料,通过前驱体预处理合成LiFePO4/C正极材料,采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）及透射电子显微镜（TEM）等手段对合成的磷酸铁锂材料结构和微观形貌进行表征,考察了不同球磨时间对浆料粒径的影响,分析了前驱体预处理对合成产物性能提升的原因。结果表明,以微米氧化铁为原料,经过预处理后制备得到的LiFePO4/C正极材料的电化学性能具有明显改善,0.2C和1C条件下,放电容量较之前驱体未处理样品分别提高了22.5%和27.3%,合成样品性能改善的主要原因在于前驱体预处理降低了二次团聚体粒径。
【文章来源】：合肥工业大学学报(自然科学版). 2014,37(11)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１前驱体干燥料和二次喷雾干燥料的ＴＧ－ＤＴＡ
完善，因此不产生吸热峰；而直接对原料混合前驱体干燥料进行热重分析，结果显示在２００℃和７３０℃左右出现２个强吸热峰，分别对应着原料及添加蔗糖的分解温度和磷酸铁锂相生成温度，该磷酸铁锂晶相生成温度实际上从６５０℃以后就开始了，这也验证了ＬＦＰ２工艺路线中６７０℃下保温７ｈ能形成磷酸铁锂相的事实。图１前驱体干燥料和二次喷雾干燥料的ＴＧ－ＤＴＡ２．３样品ＸＲＤ分析选择样品ＬＦＰ１、ＬＦＰ２和市售产品ＬＦＰ３进行ＸＲＤ分析，结果如图２所示。图２样品的ＸＲＤ对比由图２可看出，３种样品均出现相同的磷酸铁锂特征峰，与ＪＣＰＤＳ（８３－２０９２）的特征峰相吻合，在４０．２°处均未出现Ｆｅ２Ｐ杂相峰，这与氧化铁工艺采用较低的烧结温度有关（烧结温度一般不会超过７８０℃）。但ＬＦＰ２样品的主要衍射峰要强于ＬＦＰ１样品，表明ＬＦＰ２样品的晶型生长得更完整，这可能与相同烧结温度下烧结样品的粒度不同有关，小粒径样品烧结得更透彻，更利于晶型生长。２．４样品的ＳＥＭ分析针对ＬＦＰ１和ＬＦＰ２的烧结样品进行微观形貌对比，如图３所示。由图３可看出，ＬＦＰ１烧结样品的粒径基本上在２μｍ以上，粒径明显比ＬＦＰ２大，原因是经过预烧后的前驱体的硬度要明显比原料硬度小，所以在对ＬＦＰ２的前驱体进行研磨时，预烧料粒度降低明显，再加之添加的蔗糖在碳化分解后能有效阻止烧结过程中的粒子二次团聚，最终导致ＬＦＰ２烧结样品的粒径为０．５～１．０μｍ，且分布较均匀。图３ＬＦＰ１和ＬＦＰ２烧结样品
品烧结得更透彻，更利于晶型生长。２．４样品的ＳＥＭ分析针对ＬＦＰ１和ＬＦＰ２的烧结样品进行微观形貌对比，如图３所示。由图３可看出，ＬＦＰ１烧结样品的粒径基本上在２μｍ以上，粒径明显比ＬＦＰ２大，原因是经过预烧后的前驱体的硬度要明显比原料硬度小，所以在对ＬＦＰ２的前驱体进行研磨时，预烧料粒度降低明显，再加之添加的蔗糖在碳化分解后能有效阻止烧结过程中的粒子二次团聚，最终导致ＬＦＰ２烧结样品的粒径为０．５～１．０μｍ，且分布较均匀。图３ＬＦＰ１和ＬＦＰ２烧结样品的ＳＥＭ照片２．５样品成分分析为了对比分析实验合成样品与国内成熟氧化铁工艺路线产品的区别，分别取ＬＦＰ２合成样品和ＬＦＰ３、ＬＦＰ４国内两家该工艺路线的磷酸铁锂产品进行ＥＤＳ测试分析，各元素的质量分数见表２所列。从表２可以看出，ＬＦＰ２中Ｍｇ和Ａｌ元素的质量分数分别为０．７０％和０．６９％，而ＬＦＰ３中两元素的质量分数偏低。对于ＬＦＰ２来说，Ｍｇ元素是合成过程中添加的掺杂元素，而Ａｌ元素则是微米氧化铁原料中本身含有的，该元素的存在并没有影响最终产品的电化学性能，相反可能对合成最终产物起到掺杂的效果，提高样品的电化学性能；ＬＦＰ３中含有的Ｍｇ、Ａｌ元素是否是掺杂元素亦或是原料中带入的，本文不得而知；ＬＦＰ４中并没有金属杂质元素，说明该产品没有采用元素掺杂进行改性。１３０２合肥工业大学学报（自然科学版）第３７卷
【参考文献】：
期刊论文
[1]磷酸铁锂正极材料制备与电性能研究[J]. 胡国荣,童汇,张新龙,彭忠东,胡国华. 电源技术. 2007(03)
[2]高密度球形LiFePO4的合成及性能[J]. 雷敏,应皆荣,姜长印,万春荣. 电源技术. 2006(01)
[3]Synthesis of LiFePO4/C composite electrode with enhanced electrochemical performance[J]. 胡国荣,高旭光,彭忠东,陈召勇,谭显艳,禹筱元. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2005(04)
[4]锂离子蓄电池新型正极材料LiFePO4的研究进展[J]. 唐致远,韩彬,王健英,高飞. 电源技术. 2005(08)
本文编号：3600957
【文章来源】：合肥工业大学学报(自然科学版). 2014,37(11)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１前驱体干燥料和二次喷雾干燥料的ＴＧ－ＤＴＡ
完善，因此不产生吸热峰；而直接对原料混合前驱体干燥料进行热重分析，结果显示在２００℃和７３０℃左右出现２个强吸热峰，分别对应着原料及添加蔗糖的分解温度和磷酸铁锂相生成温度，该磷酸铁锂晶相生成温度实际上从６５０℃以后就开始了，这也验证了ＬＦＰ２工艺路线中６７０℃下保温７ｈ能形成磷酸铁锂相的事实。图１前驱体干燥料和二次喷雾干燥料的ＴＧ－ＤＴＡ２．３样品ＸＲＤ分析选择样品ＬＦＰ１、ＬＦＰ２和市售产品ＬＦＰ３进行ＸＲＤ分析，结果如图２所示。图２样品的ＸＲＤ对比由图２可看出，３种样品均出现相同的磷酸铁锂特征峰，与ＪＣＰＤＳ（８３－２０９２）的特征峰相吻合，在４０．２°处均未出现Ｆｅ２Ｐ杂相峰，这与氧化铁工艺采用较低的烧结温度有关（烧结温度一般不会超过７８０℃）。但ＬＦＰ２样品的主要衍射峰要强于ＬＦＰ１样品，表明ＬＦＰ２样品的晶型生长得更完整，这可能与相同烧结温度下烧结样品的粒度不同有关，小粒径样品烧结得更透彻，更利于晶型生长。２．４样品的ＳＥＭ分析针对ＬＦＰ１和ＬＦＰ２的烧结样品进行微观形貌对比，如图３所示。由图３可看出，ＬＦＰ１烧结样品的粒径基本上在２μｍ以上，粒径明显比ＬＦＰ２大，原因是经过预烧后的前驱体的硬度要明显比原料硬度小，所以在对ＬＦＰ２的前驱体进行研磨时，预烧料粒度降低明显，再加之添加的蔗糖在碳化分解后能有效阻止烧结过程中的粒子二次团聚，最终导致ＬＦＰ２烧结样品的粒径为０．５～１．０μｍ，且分布较均匀。图３ＬＦＰ１和ＬＦＰ２烧结样品
品烧结得更透彻，更利于晶型生长。２．４样品的ＳＥＭ分析针对ＬＦＰ１和ＬＦＰ２的烧结样品进行微观形貌对比，如图３所示。由图３可看出，ＬＦＰ１烧结样品的粒径基本上在２μｍ以上，粒径明显比ＬＦＰ２大，原因是经过预烧后的前驱体的硬度要明显比原料硬度小，所以在对ＬＦＰ２的前驱体进行研磨时，预烧料粒度降低明显，再加之添加的蔗糖在碳化分解后能有效阻止烧结过程中的粒子二次团聚，最终导致ＬＦＰ２烧结样品的粒径为０．５～１．０μｍ，且分布较均匀。图３ＬＦＰ１和ＬＦＰ２烧结样品的ＳＥＭ照片２．５样品成分分析为了对比分析实验合成样品与国内成熟氧化铁工艺路线产品的区别，分别取ＬＦＰ２合成样品和ＬＦＰ３、ＬＦＰ４国内两家该工艺路线的磷酸铁锂产品进行ＥＤＳ测试分析，各元素的质量分数见表２所列。从表２可以看出，ＬＦＰ２中Ｍｇ和Ａｌ元素的质量分数分别为０．７０％和０．６９％，而ＬＦＰ３中两元素的质量分数偏低。对于ＬＦＰ２来说，Ｍｇ元素是合成过程中添加的掺杂元素，而Ａｌ元素则是微米氧化铁原料中本身含有的，该元素的存在并没有影响最终产品的电化学性能，相反可能对合成最终产物起到掺杂的效果，提高样品的电化学性能；ＬＦＰ３中含有的Ｍｇ、Ａｌ元素是否是掺杂元素亦或是原料中带入的，本文不得而知；ＬＦＰ４中并没有金属杂质元素，说明该产品没有采用元素掺杂进行改性。１３０２合肥工业大学学报（自然科学版）第３７卷
【参考文献】：
期刊论文
[1]磷酸铁锂正极材料制备与电性能研究[J]. 胡国荣,童汇,张新龙,彭忠东,胡国华. 电源技术. 2007(03)
[2]高密度球形LiFePO4的合成及性能[J]. 雷敏,应皆荣,姜长印,万春荣. 电源技术. 2006(01)
[3]Synthesis of LiFePO4/C composite electrode with enhanced electrochemical performance[J]. 胡国荣,高旭光,彭忠东,陈召勇,谭显艳,禹筱元. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2005(04)
[4]锂离子蓄电池新型正极材料LiFePO4的研究进展[J]. 唐致远,韩彬,王健英,高飞. 电源技术. 2005(08)
本文编号：3600957
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