以还原铁粉为铁源制备磷酸铁的基础研究

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当今世界面临的一个问题就是能源与环保问题,随着世界对于环保型新能源的研究不断加深,储能电池的发展快速进步。其中,锂离子电池由于能量比比较高、使用寿命长、安全性较好,对环境友好等优点而受到广泛的关注。因此,大力发展价格低廉、满足市场需求,适用范围大的锂离子电池,具有重要的科学意义和巨大的商业价值。LiFePO4是锂离子电池正极材料之一,用其制成的锂电子电池结构稳定,使用寿命长,具有较好的良好的热稳定性、较小的吸湿性和优良的充放电循环性能,一直是动力型锂电池的研究热点。当前LiFePO4主要合成手段是以磷酸铁为铁源配以锂源化合物和添加物来制备,锂离子的低导电率和低扩散系数限制了磷酸铁锂电池大倍率输出电流,需要精确控制其铁磷摩尔比以及磷元素与铁元素的含量,样品的粒径对其电化学性能也有非常大的影响。无论是磷酸铁锂电池行业还是其他磷酸铁相关产业都对高品质磷酸铁提出了更高的要求,所以高品质的磷酸铁也一直是工业合成和科学基础研究的重点,同样也是实际生产中工业难点。本论文讨论以还原铁粉为铁源提出以混酸形式来溶铁,以硫磷体系和硝磷体系制备磷酸铁。研究了溶铁反应中投料摩尔比,反应温度,反应液浓度等对溶铁的影响,探究了陈化条件。采用了XRD,SEM,FTIR,TG,粒度分析等分析测试技术对磷酸铁样品进行了表征。具体结论如下:(1)以硫磷体系制备磷酸铁中,溶铁反应中投料铁磷摩尔比为1.1:1,温度为80℃,反应液浓度以铁含量记为2mol/L时溶铁效果最好。在陈化过程中在80℃下,以Fe和H2O2比例为1:1添加H2O2溶液,用氨水不断调节p H,陈化2h后,经过过滤,洗涤,干燥后能得到符合要求的磷酸铁。(2)以硝磷体系制备磷酸铁中,溶铁反应中投料铁磷摩尔比为1.1:1,温度为80℃,反应液浓度以铁含量记为2mol/L时溶铁效果最好。在陈化过程中在90℃下,以Fe和甲酸比例为1:1.5添加甲酸溶液,陈化1h后,经过过滤,洗涤,干燥后能得到符合要求的磷酸铁。(3)在陈化过程中,随着FePO4生成,浓度不断增加,形成过饱和溶液,FePO4开始结晶,形成30nm-50nm的片状一次结晶,随着晶体的不断增加,最后相互团聚成3μm-5μm的球形晶体。
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