lifepo4固相合成及产业化的研究

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1、摘要橄榄石型磷酸亚铁锂作为新一代锂离子电池正极材料得到了科研和工程领域的广泛关注，为了改善其较低的锂离子扩散速率和电子电导率，人们进行了大量的改性研究以指导产业化生产。本文以较廉价的Fe203体系为基础，以聚丙烯为碳源，采用一步固相反应法制备了LiFeP04／C正极材料，探讨了温度对合成材料电化学性能的影响。利用乙炔气体的化学气相沉积(CVD)，原位合成了LiFeP04／CNFs，通过改进焙烧温度、CVD时间和温度，得到了性能良好的磷酸亚铁锂正极材料。同时对NH4H2P04、Fe203体系合成LiFeP04／C进行了研究，并尝试了磷酸亚铁

2、锂的产业化试生产。文中首先以Fe203、聚丙烯为原料，通过一部固相反应法在不同温度下制备了碳包覆的磷酸亚铁锂正极材料，研究了不同温度对合成材料电化学性能的影响。XRD结果表明，所得材料均为单一物相的LiFeP04，在扫描电镜下的颗粒分布均匀，随着温度的升高颗粒逐渐长大，并出现一定程度的团聚现象；电化学测试结果表明于700。C下制备的LiFePOdC复合材料在0．1，1、5C倍率下的首次放电比容量分别为160、143、108mAh／g。在1C和5C经100次循环后，放电比容量分别为138和100mAh／g，表现出良好的高倍率循环性能。以乙炔

3、的强还原性和Fe203的催化效应为基础，采用化学气相沉积原位合成了LiFeP04／CNFs正极材料。通过改进焙烧温度、CVD时间和温度，发现LiFeP04颗粒的长大与碳纤维的生长同时发生且呈竞争机制，CVD时间过长或者CVD温度过高都会使CNFs快速生长，导致合成LiFeP04的Fe203减少，使材料的性能下降。实验中得出在700oCCVD处理80min所得的正极材料具有最佳的电化学性能，在0．1C放电倍率下首次放电比容量达到了153mAh／g，1C循环50次后容量保持率达到了97％。以NHaH2P04、Fe203体系为基础，进行了中试探

4、索，通过CVD反应制备了磷酸亚铁锂正极材料。得到的产物为纯相的LiFeP04，材料在微观下颗粒细小均匀，不发生团聚现象。恒电流充放电测试结果表明，其在0．1C和1C放电倍率下的首次放电比容量分别达到了为143mAh／g和117mAh／g。文中最后在课题组前期研究的基础上，对NH4H2P04、Fe203、LiOH／Li2C03和淀粉体系进行了产业化试生产。制备的二种材料均为纯相的LiFeP04结构，在0．1C放电倍率下的首次放电比容量分别为116mAh／g和117mAh／g。关键词：锂离子电池，LiFeP04，固相反应，化学气相沉积，产业化

5、AbstractOlivinestructuredlithiumironphosphate，LiFeP04，髂anewgenerationcathodematerialforlithiumionbattedes，hasreceivedextensiveconcernfromresearchandengineeringfield．Inordertoimproveitslowiondiffusionrateandlowelectronicconductivity,peoplehavefinishedalotofmodifiedworktogu

6、ideindustrialization．Inthispaper,LiFePOdCcompositesweresynthesizedbyone·-stepsolid··statereactionusingFe203asrawmaterials，andpolypropyleneasreductiveagentandcarbonsource．TheeffectofsynthesistemperatureontheelectrochemicalperformanceoftheLiFeP04／CcompositesWasstudied．LiFeP

7、OdCNFscompositesweresynthesizedbychemicalvapordeposition(CVD)ofacetylene(C2H2)．LiFePOdCNFs、^，imgoodelectrochemicalperformancewereobtainedbyimprovingcalcinationtemperatureandCVDconditions．Atthesametime，theindustrializationofLiFeP04werecarriedoutbyNI-hH2P04andFe203．Firstofa

8、ll，aone—stepsolid-statereactionforsynthesisofLiFePOdCwerecarriedoutbyusingFe203，andpolypropylene