论文部分内容阅读
本文分别采用共沉淀法和微波法进行锂离子电池正极材料LiFePO4的制备研究，考察各因素对合成LiFePO4性能的影响，优化了合成LiFePO4的工艺条件。
以磷酸、硫酸亚铁铵和氢氧化锂为原料，采用共沉淀法进行了制备LiFePO4前驱体的研究。通过正交实验，确定出制备LiFePO4前驱体的最佳工艺条件为pH值7.5，反应时间30分钟，搅拌速度400r/min，反应温度20℃。此条件下制备的LiFePO4前驱体的粒度分布均匀，平均粒径为2.78μm，转化率为69.54％。
采用高温焙烧的方法对共沉淀法制备的前驱体进行了制备橄榄石型LiFePO4的研究。通过正交实验，确定了前驱体焙烧合成LiFePO4的最佳工艺条件为650℃恒温焙烧6小时。此条件下合成的LiFePO4的电化学性能良好，充放电平台明显且平稳。室温下以0.1C倍率充放电，放电比容量可达126.3mAh/g，循环测试100次后容量损失仅为9.4％。XRD分析、粒度分析、SEM和TEM分析表明，所合成的LiFePO4为晶型发育完好的橄榄石型结构，晶粒分布均匀，呈形貌规整的类球形颗粒，平均粒径为4.038μm。
通过TG-DSC分析，采用Doyle-Ozawa法和Kissinger法计算出共沉淀法所得前驱体高温制备LiFePO4的表观活化能分别为：277.39和279.38kJ/mol，两种计算方法得到活化能数值比较接近。采用Kissinger法得出此反应的频率因子为5.33212×1015。
以草酸亚铁、碳酸锂、磷酸二氢胺为原料，采用微波法进行了锂离子电池正极材料LiFePO4的制备研究。通过正交实验，优化出以导电炭黑为掺碳源制备LiFePO4正极材料的最佳工艺条件为掺碳量5％、微波功率680W、加热6min。此条件下制备的LiFePO4最高放电比容量可达到118.3mAh/g，充放电平台平稳，循环30次后容量损失率为5.2％；以葡萄糖为掺碳源制备LiFePO4正极材料的最佳工艺条件为掺碳量5％、微波加热功率510W、加热8min。此条件下制备的LiFePO4最高放电比容量可达到131.1mAh/g，充放电平台相当平稳，循环30次后容量损失率仅为2.1％。以葡萄糖为掺碳源制备的LiFePO4正极材料的电化学性能更优。
实验结果充分证明，微波法制备锂离子电池正极材料LiFePO4工艺简单，效率高，不需要任何保护气体就能制备出性能优良的锂离子电池正极材料LiFePO4，具有较好的工业化前景。