水熱法合成鋰離子電池正極材料LiFePO4及其性能研究.pdf

1、橄欖石型LiFePO4作為鋰離子電池正極材料具有原料來源豐富、成本低、安全環(huán)保、能量密度高以及循環(huán)性能優(yōu)異等諸多優(yōu)點，是目前替代商品化鋰離子電池正極材料LiCoO2最有前途的材料之一，一經問世便受到廣泛地關注，具有很好的應用前景。但是LiFePO4的高倍率放電性能不是很理想，主要是因為材料本身較慢的鋰離子擴散速率和較低的電子導電率。為了解決這個問題，研究人員主要采取兩種改進手段:合成納米級顆粒和表面包覆碳。本文以橄欖石型LiFePO4為

2、主要研究對象，探索其制備、電化學性能以及可能的反應機理。
　　 本文采用水熱法合成出了納米LiFePO4材料，并借助XRD、SEM、FE-SEM以及模擬電池測試等多種手段研究了溶液pH值、水熱溫度以及水熱時間對LiFePO4顆粒形貌、微觀結構和電化學性能的影響，優(yōu)化了合成工藝。實驗表明:以抗壞血酸為保護劑，Li∶Fe∶P為3∶1∶1，首先將LiOH溶液和H3PO4溶液混合，然后再加入FeSO4溶液。當溶液的pH值為6.0，水熱溫

3、度為180℃，水熱時間為18h時，LiFePO4正極材料具有較好的電化學性能。該條件下，LiFePO4正極材料不含任何雜質，粒徑為200nm左右，分布均勻，結晶度高。在2.5-4.2V，0.05C條件下，LiFePO4正極材料的首圈放電比容量達到了149.2mAh/g，為理論比容量的87.8％;在0.1C下循環(huán)50圈后，容量保持率為81.7％，顯示了極好的電化學性能。
　　 本實驗認為水熱法合成LiFePO4的機理為溶解-沉淀過

4、程，該過程的實質可能是固液兩相反應。反應的第一步是酸堿中和反應生成Li3PO4沉淀。由于Fe3(PO4)2的溶度積(1.0×10-36)要遠遠小于Li3PO4的溶度積(3.2×10-9)，當向Li3PO4中加入Fe2+時，會立即生成Fe3(PO4)2沉淀，這樣混合液中PO43-減少又促使Li3PO4溶解轉化，如此循環(huán)，最后終點為Li3PO4完全溶解轉化或是混合液中只存在Fe3(PO4)2Li+。最后水熱過程中Fe3(PO4)2和Li+反