由水热法羟基磷酸铁锂前驱体制备磷酸亚铁锂工艺研究

发布时间：2017-12-13 14:16

  本文关键词：由水热法羟基磷酸铁锂前驱体制备磷酸亚铁锂工艺研究

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【摘要】：橄榄石结构的LiFePO_4作为正极活性物质,现已广泛应用于动力型和储能型锂离子电池。因其本征电子导电率和锂离子扩散系数较低,其制备工艺,除注重生成纯橄榄石相外,还通过碳包覆来提高其电子导电率、通过减少颗粒粒度来缩短锂离子和电子的传导路径、通过引入局外金属离子造成晶格缺陷来提高锂离子的迁移系数。通过对JCPDS数据库的搜索发现化学成分包含Fe、P、O、H四种元素的不同结构的化合物有123种之多,其中就包含FePO_4·2H_2O。但是相比于FePO_4·2H_2O,这些化合物中铁磷摩尔比和结晶水数目是完全不同的,这使得以FePO_4·2H_2O为原料的制备纯相的橄榄石型磷酸亚铁锂工艺变得困难,因为必须要保证原料或是前驱体中铁磷锂的摩尔比为1:1:1。通过对JCPDS数据库的搜索发现化学成分包含Li、Fe、P、O、H五种元素的化合物仅有2种,其一是焦磷酸铁锂(LiFeH_4(P_2O_7)_2),另一是羟基磷酸铁锂(LiFePO_4(OH))。本论文探讨了以LiFePO_4(OH)前驱体制备橄榄石结构LiFePO_4工艺的可行性。针对制备LiFePO_4过程中碳热还原固相反应工艺参数和制备LiFePO_4(OH)过程中水热反应工艺参数进行了较为系统的研究。主要结果如下:1、探讨了采用碳热还原法,以LiFePO_4(OH)前驱体为原料,制备橄榄石结构LiFePO_4的工艺可行性。从碳热还原温度、碳热还原时间、包覆碳量三个方面探讨了工艺参数对所制LiFePO_4/C复合材料的颗粒粒度、颗粒形貌、电化学性能的影响。结果显示,在650°C下经碳热还原固相反应8h,控制包覆碳量为3.21wt.%时,所制得的LiFePO_4/C复合材料表现出较好的电化学性能。0.1C下的首次放电比容量为140.72mAh/g;1.0C倍率下,经过100周的循环充放电,材料的放电比容量仍然保持在93.97%。2、研究了水热反应温度和水热反应时间对水热反应产物LiFePO_4(OH)前驱体,及对相应最终产品LiFePO_4/C复合材料的影响。优化水热法工艺参数的结果表明:在180°C下水热反应48h所制备的LiFePO_4(OH)是粒度在200-300nm、结晶度较高的纯相,由相应LiFePO_4(OH)所制得的LiFePO_4/C复合材料表现出最优的性能,在0.1C倍率下的首次放电比容量为153.32mAh/g。3、应用水热反应制备出掺杂Mg的LiFePO_4(OH)前驱体。在优化后的水热反应条件(180°C,48h)下,探讨了Mg掺杂对水热反应产物LiFePO_4(OH)前驱体及相应LiFePO_4/C复合材料的影响。结果表明:与不掺Mg的LiFePO_4(OH)前驱体相比,掺Mg后LiFePO_4(OH)前驱体的二次颗粒大小约为5μm左右的球形颗粒,其一次颗粒是大小为300-500nm的长方体块状结构,二次颗粒是由一次颗粒紧密堆积而成。由球形掺镁LiFePO_4(OH)前驱体所制备的LiFePO_4/C复合材料却未继承前驱体的球形颗粒形状,但其电化学性能相较由没掺镁LiFePO_4(OH)前驱体所制备的LiFePO_4/C复合材料有所提高。前驱体LiFePO_4(OH)的Mg掺杂量(摩尔数)为0.01时,所制LiFePO_4/C复合材料在0.1C倍率下的放电比容量达到为160.92mAh/g。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ131.11;TM912

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本文编号：1285439