本文關(guān)鍵詞：由水熱法羥基磷酸鐵鋰前驅(qū)體制備磷酸亞鐵鋰工藝研究

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【摘要】：橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO_4作為正極活性物質(zhì),現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于動(dòng)力型和儲(chǔ)能型鋰離子電池。因其本征電子導(dǎo)電率和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)較低,其制備工藝,除注重生成純橄欖石相外,還通過(guò)碳包覆來(lái)提高其電子導(dǎo)電率、通過(guò)減少顆粒粒度來(lái)縮短鋰離子和電子的傳導(dǎo)路徑、通過(guò)引入局外金屬離子造成晶格缺陷來(lái)提高鋰離子的遷移系數(shù)。通過(guò)對(duì)JCPDS數(shù)據(jù)庫(kù)的搜索發(fā)現(xiàn)化學(xué)成分包含F(xiàn)e、P、O、H四種元素的不同結(jié)構(gòu)的化合物有123種之多,其中就包含F(xiàn)ePO_4·2H_2O。但是相比于FePO_4·2H_2O,這些化合物中鐵磷摩爾比和結(jié)晶水?dāng)?shù)目是完全不同的,這使得以FePO_4·2H_2O為原料的制備純相的橄欖石型磷酸亞鐵鋰工藝變得困難,因?yàn)楸仨氁ＷC原料或是前驅(qū)體中鐵磷鋰的摩爾比為1:1:1。通過(guò)對(duì)JCPDS數(shù)據(jù)庫(kù)的搜索發(fā)現(xiàn)化學(xué)成分包含Li、Fe、P、O、H五種元素的化合物僅有2種,其一是焦磷酸鐵鋰(LiFeH_4(P_2O_7)_2),另一是羥基磷酸鐵鋰(LiFePO_4(OH))。本論文探討了以LiFePO_4(OH)前驅(qū)體制備橄欖石結(jié)構(gòu)LiFePO_4工藝的可行性。針對(duì)制備LiFePO_4過(guò)程中碳熱還原固相反應(yīng)工藝參數(shù)和制備LiFePO_4(OH)過(guò)程中水熱反應(yīng)工藝參數(shù)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。主要結(jié)果如下:1、探討了采用碳熱還原法,以LiFePO_4(OH)前驅(qū)體為原料,制備橄欖石結(jié)構(gòu)LiFePO_4的工藝可行性。從碳熱還原溫度、碳熱還原時(shí)間、包覆碳量三個(gè)方面探討了工藝參數(shù)對(duì)所制LiFePO_4/C復(fù)合材料的顆粒粒度、顆粒形貌、電化學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示,在650°C下經(jīng)碳熱還原固相反應(yīng)8h,控制包覆碳量為3.21wt.%時(shí),所制得的LiFePO_4/C復(fù)合材料表現(xiàn)出較好的電化學(xué)性能。0.1C下的首次放電比容量為140.72mAh/g;1.0C倍率下,經(jīng)過(guò)100周的循環(huán)充放電,材料的放電比容量仍然保持在93.97%。2、研究了水熱反應(yīng)溫度和水熱反應(yīng)時(shí)間對(duì)水熱反應(yīng)產(chǎn)物L(fēng)iFePO_4(OH)前驅(qū)體,及對(duì)相應(yīng)最終產(chǎn)品LiFePO_4/C復(fù)合材料的影響。優(yōu)化水熱法工藝參數(shù)的結(jié)果表明:在180°C下水熱反應(yīng)48h所制備的LiFePO_4(OH)是粒度在200-300nm、結(jié)晶度較高的純相,由相應(yīng)LiFePO_4(OH)所制得的LiFePO_4/C復(fù)合材料表現(xiàn)出最優(yōu)的性能,在0.1C倍率下的首次放電比容量為153.32mAh/g。3、應(yīng)用水熱反應(yīng)制備出摻雜Mg的LiFePO_4(OH)前驅(qū)體。在優(yōu)化后的水熱反應(yīng)條件(180°C,48h)下,探討了Mg摻雜對(duì)水熱反應(yīng)產(chǎn)物L(fēng)iFePO_4(OH)前驅(qū)體及相應(yīng)LiFePO_4/C復(fù)合材料的影響。結(jié)果表明:與不摻Mg的LiFePO_4(OH)前驅(qū)體相比,摻Mg后LiFePO_4(OH)前驅(qū)體的二次顆粒大小約為5μm左右的球形顆粒,其一次顆粒是大小為300-500nm的長(zhǎng)方體塊狀結(jié)構(gòu),二次顆粒是由一次顆粒緊密堆積而成。由球形摻鎂LiFePO_4(OH)前驅(qū)體所制備的LiFePO_4/C復(fù)合材料卻未繼承前驅(qū)體的球形顆粒形狀,但其電化學(xué)性能相較由沒(méi)摻鎂LiFePO_4(OH)前驅(qū)體所制備的LiFePO_4/C復(fù)合材料有所提高。前驅(qū)體LiFePO_4(OH)的Mg摻雜量(摩爾數(shù))為0.01時(shí),所制LiFePO_4/C復(fù)合材料在0.1C倍率下的放電比容量達(dá)到為160.92mAh/g。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ131.11;TM912

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