沉淀法制备FePO4·2H2O及在LiFePO4中的应用研究

来源 :中南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:junr
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摘要:橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)因其成本低、安全环保、理论容量高等优点受到极大关注。作为高温固相法中的一种工艺,以FePO4·2H2O为前驱体的碳热还原法合成的LiFePO4电化学性能较好且易于扩大生产因而具有较好的应用前景。以九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)和二水合磷酸二氢钠(NaH2PO4·2H2O)为原料,选用滴加沉淀法和铁磷酸盐络合物热分解法来制备FePO4·2H2O前驱体,研究了实验条件对前驱体颗粒形貌和粒径的影响,继而考察对LiFePO4/C正极材料电化学性能的影响。对于滴加沉淀法,发现反加沉淀法优于正加沉淀法。采用反加沉淀法制备FePO4·2H2O时,FePO4·2H2O颗粒的粒径和分散性影响LiFePO4/C锂离子正极材料的电化学性能,粒径较小且均匀分散的前驱体制得的LiFePO4/C的电化学性能较好。优化条件下制备的FePO4·2H2O的振实密度为0.50g/cm3, LiFePO4/C的振实密度为0.81g/cm3。FePO4·2H2O颗粒为片状,平均粒径为1.08μm。相应的LiFePO4/C在0.1C充放电倍率下首轮放电容量为159.0mAh/g,首次充放电效率为99.77%,3C下的放电容量为122.3mAh/g。采用铁磷酸盐络合物热分解法制备结晶型FePO4·2H2O。借助XRD图谱确定了FePO4·2H2O的形成过程。优化条件下制备的FePO4·2H2O为多孔结构的类球形颗粒,孔径分布在20~80nm之间,振实密度为0.95g/cm3。LiFePO4/C保留了前驱体的结构和形貌,振实密度为1.26g/cm3。LiFePO4/C在O.1C倍率下的首轮放电容量为135.0mAh/g,首次充放电效率为94.6%,3C下放电比容量为84.4mAh/g。滴加沉淀法合成的LiFePO4/C虽电化学性能较好,但振实密度小,不适用于实际应用。而铁磷酸盐络合物热分解法合成的LiFePO4/C振实密度大,具有应用前景。
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