微波结晶法制备电池级磷酸铁研究

发布时间：2017-08-18 12:39

  本文关键词：微波结晶法制备电池级磷酸铁研究

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【摘要】：本文针对当下锂电池正极材料的研究热点,提出利用微波结晶法制备电池级磷酸铁的研究,同时研究了反应条件对磷酸铁形貌及电化学性能的影响。首先,采用微波气液混相反应结晶法制备出了电池级FePO4,并利用FT-IR、XRD、TGDSC、SEM以及粒度分析等手段表征产品的分子结构、晶体结构、形貌和粒度分布。研究了反应温度、反应时间、铁离子浓度、磷铁比和硝酸等工艺条件对产品产率和粒度的影响;探究了在较低pH值(0.1~0.3)下HNO3对磷酸铁微波结晶的影响,并对其结晶机理进行了初步推断;对不同条件下制备的产品以及以自制磷酸铁为前驱体制备出的磷酸铁锂进行电化学性能测试,分析影响电池性能的关键因素。其次,在微波结晶过程中,利用分散剂与沉淀剂的加入来改变产品粒径;通过使用不同的分散剂,改变分散剂浓度、沉淀剂浓度、铁离子浓度、磷铁比和加热功率等反应条件,分析产品粒径变化规律,并对最佳工艺条件下的产品进行电化学性能的测试与分析。实验结果表明:体系中由于HNO3的存在,微波加热后汽化、分解成的大量气相,在气液界面中强化并促使正磷酸铁的结晶,缩短了结晶时间,改变结晶产物形貌,晶粒外观更为规则,呈菱形结构;较高的酸度避免Fe3+的水解,提高正磷酸铁的纯度;循环伏安测试显示合成的磷酸铁具有对称的氧化还原峰,表明其可以可逆的脱嵌锂离子;但EIS测试显示电池内阻过大,导致首次放电比容量过低,原因在于产品粒度大造成Li+扩散通道长、扩散速率慢。以自制磷酸铁为前驱体合成了在0.1C下首次放电比容量为125.1mAh/g的性能良好的磷酸铁锂样品。以PEG为分散剂、尿素为沉淀剂时制备出最小产品粒径的最佳工艺条件如下:n(P)/n(Fe)=5,反应物浓度为c(PEG)=200g/L,c(Urea)=75g/L,c(Fe)=0.0833M在100℃、600W功率下反应2min。对制备出的产品进行电化学性能的分析,结果表明同不加分散剂和沉淀剂的产品相比其电化学性能有较大的提高,具有更高的放电比容量、良好的可逆性和较低的电池内阻。
【关键词】：电池级 磷酸铁 微波结晶 界面强化结晶 磷酸铁锂 电化学性能
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 第一章 绪论6-21
• 1.1 锂离子电池正极材料概述6-10
• 1.1.1 钴酸锂6-7
• 1.1.2 锰酸锂7-8
• 1.1.3 磷酸铁锂8
• 1.1.4 三元材料8-9
• 1.1.5 富锂材料9-10
• 1.2 磷酸铁正极材料概述10-16
• 1.2.1 磷酸铁的结构及制备方法10-13
• 1.2.2 磷酸铁在锂离子电池中的应用13-15
• 1.2.3 磷酸铁正极材料的改性15-16
• 1.3 微波加热合成法概述16-19
• 1.3.1 微波加热合成技术16-17
• 1.3.2 微波加热合成技术在化学反应合成中的应用17-19
• 1.4 本文的研究内容和意义19-21
• 1.4.1 本文的研究内容19
• 1.4.2 本文的研究意义19-21
• 第二章 实验材料及方法21-30
• 2.1 引言21
• 2.2 实验材料与仪器21-23
• 2.3 实验原理与方案23-25
• 2.3.1 微波结晶法制备电池级磷酸铁的实验原理与方案23-24
• 2.3.2 微波结晶法制备电池级磷酸铁的改性的实验原理与方案24
• 2.3.3 正极片的制备与扣式电池的组装实验方案24-25
• 2.4 表征方法25-30
• 2.4.1 元素含量分析25-26
• 2.4.2 结构分析26-27
• 2.4.3 粒度分布分析27-28
• 2.4.4 电化学性能测试28-30
• 第三章 微波结晶法制备电池级磷酸铁及其电化学性能研究30-45
• 3.1 引言30
• 3.2 结果与分析30-44
• 3.2.1 反应条件对产品产率的影响30-33
• 3.2.2 反应条件对粒度和表面形貌的影响33-35
• 3.2.3 硝酸对产品的影响及机理推断35-41
• 3.2.4 粒度和表面形貌对产品电化学性能的影响41-43
• 3.2.5 磷酸铁锂的制备与电池性能测试分析43-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第四章 微波结晶法制备电池级磷酸铁的改性及其电化学性能研究45-57
• 4.1 引言45
• 4.2 结果与分析45-55
• 4.2.1 分散剂对产品粒度分布和表面形貌的影响45-46
• 4.2.2 铁离子浓度对平均粒径的影响46-47
• 4.2.3 磷铁比对平均粒径的影响47-48
• 4.2.4 PEG浓度对平均粒径和表面形貌的影响48-49
• 4.2.5 以尿素为沉淀剂时反应条件对产品粒度和表面形貌的影响49-52
• 4.2.6 分散剂对产品电化学性能的影响52-55
• 4.3 本章小结55-57
• 第五章 结论与展望57-59
• 5.1 结论57-58
• 5.2 展望58-59
• 参考文献59-66
• 致谢66-67
• 附录67-68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：694622