纳米磷酸铁锂的制备与表征

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作为锂离子电池正极材料的磷酸铁锂,由于其来源丰富、比容量高、循环性能较好、安全性能突出、对环境友善等特点变成了最具有市场潜力价值的电池正极材料。目前工业上大多数采用的是高温固相法合成磷酸铁锂,成本高,纯度低,效益差并且电极材料的电化学性能不尽如人意。由于液相共沉淀法制备磷酸铁锂具有能耗低、热稳定性较好好、成本小并且容易掺杂等特性,变成了最新的研究热点。本文根据连续有序动态微液团混合法的相关技术,采用了液相共沉淀的方法制备纳米级别的磷酸铁锂。该方法主要是采用两步合成的步骤生成纳米磷酸铁锂的工艺过程。首先采用共沉淀混合的方法得到磷酸铁锂的前驱体沉淀,然后对前驱体进行包覆,在惰性气体的保护下进行煅烧,最终得到产品纳米磷酸铁锂。通过热重分析、电镜分析、XRD分析、振实密度测定以及电化学性能的初步表征,考察了不同的反应参数和反应条件下材料的结构性能,初步讨论了陈化温度、氮气流量、水蒸气存在以及料层厚度对所制纳米磷酸铁锂的粒径及形貌的影响。实验以连续有序动态微液团混合沉淀法制备的磷酸铁锂前驱体为中间产物,并且主要研究了煅烧温度和反应时间,原料粒度和反应总压的控制对制备纳米级别的磷酸铁锂粉体的影响。通过一系列的对比试验,探索出一条比较合适的纳米磷酸铁锂的制备路线。通过实验分析,发现在锂铁配比为1.1的条件下,于700℃的惰性气氛下煅烧12个小时就可以得到分散度较好、颗粒分布均匀的纳米磷酸铁锂。作为电池材料,具有较好的放电比容量和循环性能。但是随着放电倍率的放大,衰减问题还是存在,没有得到彻底的解决。为了提高材料的导电性能,我们还研究了碳包覆对于纳米磷酸铁锂正极材料的影响。分别用葡萄糖均匀混合和正戊醇共沸蒸馏的方式合成出纳米磷酸铁锂的碳复合材料,系统的研究了不同的煅烧温度和反应时间对材料导电性能的影响。结果表明,碳掺杂纳米磷酸铁锂的方式可以很大程度上得到更加疏松的颗粒空间结构,具有了更好的放电比容量和循环性能,这主要是因为分散在颗粒之间的碳有效的增强了材料的导电性,而纳米粒子的良好效应,使得磷酸铁锂材料即使在高倍率放电下,依然体现出了较好的电化学性能。
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