磷酸鐵鋰單分散球形粉體的合成與表征-文庫吧
2025-06-15 23:25 本頁面
【正文】 crystallized. we can know the size and disperstiveness of particles from the SEM analysis. Keywords: Ferric phosphate，Nanolithium iron phosphate ，method of solgel ,temperature and concentration ,disperstiveness. 第一章 前言尋找具有高能量密度的電池體系來適應(yīng)電子和信息產(chǎn)品的迅速發(fā)展的需求越來越緊迫。鋰離子電池正是在這樣的形勢下于上世紀(jì)九十年代發(fā)展起來的一種新型化學(xué)電源。它具有工作電壓高、比容量高。還有循環(huán)時間長、記憶效應(yīng)低、安全可靠、環(huán)保等突出優(yōu)點。鋰離子電池是便攜式電子裝置的理想電源，未來電動汽車所用高能動力電池的首選電源也應(yīng)該是鋰電池。正極材料作為鋰離子電池的核心部分之一，歷來是人們研發(fā)的重點，提高正極材料的性能正是提高鋰離子電池性能的關(guān)鍵。如果負(fù)極材料的放電容量提高100%，則電池的能量密度僅提高12%，而如果正極材料的容量提高100%，電池的能量密度能夠提高68%。正極材料在電池中各部分材料中所占的成本40%。因此研究鋰離子電池正極材料，對于提高鋰離子電池性能和拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟價值。目前使用的正極材料主要有LiCoO3, LiNiO3，LiFePO4等。各種正極材料的性質(zhì)如表1所示表1 各種正極材料的性質(zhì)比較從表1可以看出LiFePO4雖然Li+擴散速率，電導(dǎo)率都要比其他幾種材料低，但是相對于電池的成本，熱穩(wěn)定性，電池安全性來說，LiFePO4相較其他幾種材料，都具有其很強的優(yōu)勢。其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。而且，LiFePO4的理論比容量和實際比容量相近。正是看到了這一點，本實驗開展了LiFePO4粉體制備及其表征的相關(guān)研究。圖1 LiFePO4結(jié)構(gòu)示意圖目前制備前驅(qū)體FePO4的方法主要有共沉淀法、低溫固相合成法、超聲化學(xué)法等等[1]。各種方法各有利弊，低溫固相合成法能耗高，顆粒均勻性差；超聲化學(xué)法不適用氧化劑，但是對于大生產(chǎn)來說卻不合實際；共沉淀法設(shè)備簡單，能耗低，顆粒均勻性好。本實驗使用的是溶膠凝膠法。對于溶膠凝膠法來說，制備時間短，顆粒大小均勻。綜合以上方法，本實驗使用溶膠凝膠法制備前驅(qū)體。納米材料具有其他材料所沒有的特殊性能。比如比表面積大，較高表面能使其燒結(jié)性能變好，材料粒子的磁性、內(nèi)壓、光吸收、化學(xué)活性、催化性及熔點等都較普通粒子發(fā)生了很大的變化。具有特異的催化和光催化性質(zhì)等等其他材料無法替代的優(yōu)異或者奇特的性能。納米FePO4尺寸的磷酸鐵在材料的催化性能領(lǐng)域，在離子交換等領(lǐng)域都有重要的作用。而且，作為鋰電池正極材料LiFePO4的前驅(qū)體，其性質(zhì)的好壞直接影響了LiFePO4的性質(zhì)。納米級別的FePO4顆粒在顏料，催化劑，吸附劑，生物陶瓷等領(lǐng)域也有眾多的應(yīng)用。并且磷酸鐵鹽在水的凈化中有大量應(yīng)用前景。[25]納米LiFePO4理論比容量為170 mAh/g。熱穩(wěn)定性好，與有機電解液的反應(yīng)活性也很低。[6]而且該材料具有資源豐富、循環(huán)壽命長、環(huán)境友好等特點，是動力型鋰離子電池正極材料的理想選擇。[7]但是該材料也存在諸多問題，如低電導(dǎo)率和低Li+擴散速率，鑒于此，提高磷酸鐵鋰材料電子電導(dǎo)率就成了研究者們所進行各類實驗的很重要的一部分。據(jù)報道，提高材料電子電導(dǎo)率的主要方法有表面摻碳[810]表面貴金屬包覆[1112]等等。在 LiFePO4碳包覆中, 糖類是常用的碳源, 目前報道的有蔗糖、 葡萄糖[13]、 糖原、 纖維素等。球形納米LiFePO4顆粒尺寸減小可以提高放電容量，有效提高振實密度，提高質(zhì)量比容量和倍率性能。目前，球形納米LiFePO4的制備方法主要有固相法，液相法。其中固相法主要有高溫固相法，碳熱還原法。液相法有水熱法，液相共沉淀法，溶膠凝膠法。現(xiàn)對上述方法做簡要介紹。高溫固相法指將亞鐵鹽(醋酸亞鐵和草酸亞鐵等)與磷酸氫銨和鋰鹽(如碳酸鋰或氫氧化鋰)混合，在惰性氣氛(如氮氣或氬氣中)或弱還原氣氛（如氮氣或氬氣中混有少量H2)，經(jīng)300350176。C和500800176。C分階段焙燒合成LiFePO4。其反應(yīng)式為：Li2CO3+2Fe(CH3COO)2+2NH4H2PO4174。2LiFePO4+4NH3+CO2+5H2O+2CH3OH碳熱還原法利用C在高溫下將氧化物還原。碳熱還原法在冶金上應(yīng)用得比較普遍。美國Valence公司的Barker等[14]將碳熱還原法應(yīng)用到LiFePO4制備上，以廉價的Fe2O3為原料，在Ar氣氛中750176。C下保溫8h，用C將Fe3+還原成Fe2+制備LiFePO4，原料中適當(dāng)
化學(xué)相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1