碳热还原法制备磷酸铁锂及其改性研究

【摘要】：碳热还原法(CTR)由高温固相法衍生而来,且其操作简单,以三价铁为铁源其产物更为均匀而且不需要采用FeC204.H2O因而价格便宜。用于CTR法的铁源有很多,如Fe(OH)3、Fe2O3、Fe3O4、FePO4以及复合铁源等。其中,FePO4既能够提供铁源也能够提供磷源,且在FePO4转变成LiFePO4的过程中二者的结构相似。因此,通过控制FePO4的粒径和形貌有望实现对LiFePO4的粒径和形貌的有效调控。本文先通过沉淀法制得FePO4,再以其为原料合成LiFePO4,优化了CTR法合成LiFePO4的条件并系统地研究了FePO4制备的条件对其结构和形貌的影响以及对后续制备的LiFePO4的影响。用XRD、ICP、SEM和TEM表征FePO4和LiFePO4的组成、结构以及形貌,研究其构效规律。采用蓝电、电化学工作站对LiFePO4的充放电特性及其交流阻抗和循环伏安特性进行测定,研究锂离子脱嵌动力学。沉淀法制备FePO4。研究了在该方法中反应物、水浴温度、pH值、浓度、搅拌速度以及添加剂对制备的FePO4粒度、形貌和结晶性的影响。研究表明：采用FeSO4·7H2O-NH4H2PO4为反应物有助于类球形的磷酸铁的形成。在该体系中,温度为90℃、pH为1.7左右、搅拌速度采用400r/min、表面活性剂为SDS时能够得到粒径为20-80nm且结晶良好、分散均匀的FePO4粉末。CTR法合成LiFePO4。选取Li2CO3、C6H12O6以及FePO4为原料,分别研究了烧结工艺、锂铁比、碳用量、分散介质以及前驱体的工艺条件对CTR法制备LiFePO4的影响。研究表明：在Li:Fe为1.02,19wt%的葡萄糖用量,水做分散剂,750℃下烧结12h制备的LiFePO4的首次可逆容量最高,大倍率性能最优,同时极化小,循环性能好。该样品在0.1、0.2和0.5C下的首次放电比容量依次为151、150和144mAh/g。阳离子掺杂改性LiFePO4。首先选取了镁、钒以及镍作为掺杂物对最终制备的磷酸铁锂的影响进行了探讨。其中,选用V2Os为掺杂剂能够最有效的实现对LiFePO4的放电比容量以及稳定性的优化。结果表明V的用量为3%的样品的电’化学性能最优,0.1C下的首次可逆容量为151 mAh/g,并且循环100次后没有明显的降低。
【关键词】：磷酸铁 磷酸铁锂 碳热还原法 阳离子掺杂
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM912