新型航标专用高比能量磷酸铁锂制备及电化学特性

新型航标专用高比能量磷酸铁锂制备及电 化学特性 ?#22411;?#20998;类号：TM910文献标识码：A文章编号：1007-0745 (2013) 01-0153-01 摘要：采用沉淀法制备了高比能量的LiFeP04/C及纯相 LiFePO4正极材料，并用XRD、SEM、傅立叶红外光谱仪、程 控充放电仪等对样品的结构和电化学性能进行了测试分析。 结果表明，样品具有单一的橄榄石结构和良好的充放电平 台，掺碳的LiFeP04具有更优良的性能，粒度较小，粒径分 布均匀，振?#24471;?#24230;达1.46g/cm3, 0. 1C首次放电比容量为 144. 6mAh/g,循环20次后容量保持率为93.2%。 关键词：锂离子电池 磷酸铁锂沉淀法 高比能 电化学 特性 1、背景 航标专用磷酸铁锂电池具有价格?#22303;?#26080;毒、不吸潮、 热稳定性好、比能量高、循环性能好、安全性能突出及对环 境无污染的特点，理论容量为170mAh/g,工作电压约为 3.45V,是一种新型颇具有潜力的正极材料，受到科研工作 者的广泛关注。目前磷酸铁锂的制备方法主要是固相法，通 过掺杂高导电性能物质和优化材料颗粒大小可以克服导电 性能差而导致材料容量低的不足，近年来的研究工作主要集 ?#24615;?#25913;善磷酸铁锂材料的导电性能方面。航标专用磷酸铁锂 材料的振?#24471;?#24230;低，导致其体积比容量低，制约了该材料的 应用，通过其它方法提高其堆积密度也是该材料能否应用 的关键。本文通过液相沉淀法制备了类球形的前驱体 NH4FeP04,?#28304;?#21069;驱体合成了高比能量的LiFeP04及掺碳的 LiFeP04d/C正极材料，并对其理化性能和电化学性能进行了 研究。 2、航标专用磷酸铁锂电池实验 2. 1航标专用磷酸铁锂电池样品的制备 分别以FeS04 ?7H20 （分析纯）为铁源配制成浓度为1 mol/L的溶液，以NH4H2P04为磷源配制成浓度为lmol/L的 溶液，及以10mol/L的氨水为原料，以0.5mol/L的柠檬酸 为络合?#31890;?#20998;别按照一定的速率加入到反应器中，控制反应 器内一定的温度、PH值、搅拌强度和停留时间，便可得到球 形的NH4FeP04. H20前驱体沉淀。将合成的前驱体 NH4FeP04?H20洗涤干燥后与摩尔比为Li： Fe=l. 05： 1的 L12C03,（电池级）混合，再加入质量分数为8%的葡萄糖， 在高速球磨机中以无水乙醇为介质球磨6ho将球磨好的样品 置于预抽真空气氛高温炉中进行焙烧热处理，在700?C下 恒温18h,随炉冷却可得高密度含碳LiFeP04正极材料样品, 记为Ao并用同样的工艺制备了不加葡萄糖的纯LiFeP04样 品,记为Bo 2.2航标专用磷酸铁锂电池样品表征 用Hitachi S-550型扫描电子显微镜（SEM）观察合成 产物的形貌，采用日本理学D/MAX-PC2200 X射线衍射仪（Cu 靶=0. 15405nm）对产品进行物相晶体结构分析，使用Thermo Nicolet的Avatar 360 FTIR红外光谱仪对样品的红外吸收 光谱进行测试。 2.3航标专用磷酸铁锂电池电化学性能测试 试验航标专用磷酸铁锂电池正极片按质量比LiFeP04： ?#28082;?#40657;：PVDF=85： 10： 5的比例混合均匀后压片制成。将制 好的电极片于12CTC真空干燥24h以上。模拟航标专用电池 以做好的正极片为正极、金属锂片为负极、celgard2400聚 丙烯多孔膜为隔膜，lmol/L, L1PF6的碳酸乙烯酯（EC）和 二甲基碳酸酯（DMC）的混合溶液（体积比为=1： 1）为电解 液。所有电池的装配过程均在充满氫气的手套箱中进行。将 试验电池置于新威BTS计算机程控充放电测试仪上进行电化 学性能测试，电压区间为0.2?4. 25V,测试的电流密度分别 为 0. 3 mA/cm2 和 3mA/cm2 ,约为 0. 1C 和 1C。采用 PGZ301 型电化学工作站（法国SAS公司）测试样品的交流阻抗。 3、航标专用磷酸铁锂电池试验结果 前驱体呈比较规则的球形状，样品LiFeP04 / C材料基 本呈类球形且颗粒度大小一致性较好，平均粒?#23545;趌m左右, 纯相的LiFeP04样品外貌规则性较差，颗粒较大且一致性不 好，?#22411;?#32858;现象。与其他研究结果相比，本实验所合成材料 的粒度比较小，说明本实验中碳较好地包覆在LiFeP04表面, 在烧结过程中能抑制LiFeP04晶粒长大，故能得到粒度相对 较小且分布比较均匀的LiFeP04/C材料。正极材料的粒度减 小有利于改善其电化学性能，特别是航标专用磷酸铁锂电池 的大电流充放电性能，同时对电池制作工艺也非常有利。 4、结论 通过沉淀法制备了前驱体磷酸亚铁铁，并?#28304;?#20013;间体成 功合成了高密度LiFeP04正极材料，振?#24471;?#24230;达1. 41g/cm3o 通过SEM、XRD等测试了样品的微观结构，发?#25351;?#26041;法制备 的磷酸铁锂材料具?#22411;?#25972;的橄榄石结构，并具有良好的电化 学性能和循环使用性能，首次放电比容量可达144.6mAh/g。 该工艺方法简单、稳定，合成时间短、能耗小，容易控制， 是一种很有应用前景的磷酸铁锂制备工艺。 参考文献： [1] 雷敏?应?#21248;?姜长印等《高密度球形LiFeP04的合 成及其性能》[J].电源技术，2006, 30 [2] 卢俊彪.?#35889;?#40857;.张中太等《镁离子掺杂对LiFeP04dC 材料电池性能的影响》[J1.物理化学学报，2005, 21 (3)： 319 [3] Belharouak I. Johnso C。 Amine K. Synthesis and electrochemicalanalysis ofvapor——deposited carbon-coated Li—FeP04[J]? Elecrtochem Commun, 2005, 7： 983 [4] 倪江峰.周恒辉?陈继涛等《金属氧化物掺杂改善 LiFePO的电化学性能》[J]-无机化学学报，2005, 21 (4)： 472