新型航标专用高比能量磷酸铁锂制备及电化学特性

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1、新型航标专用高比能量磷酸铁锂制备及电化学特性中图分类号：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，振实密度达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

2、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低廉、无毒、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中在改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实密度低，导致其体积比容量低，制约

3、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,以此前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1mol/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的柠檬酸为络合剂，分别按照一定的速率加入到反

4、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Bo2.2航标专用磷酸铁锂电池样品表征

5、用HitachiS-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-PC2200X射线衍射仪（Cu靶=0.15405nm）对产品进行物相晶体结构分析，使用ThermoNicolet的Avatar360FTIR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：乙烘黑：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、

6、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0.3mA/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

7、类球形且颗粒度大小一致性较好，平均粒径在lm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，有团聚现象。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，并以此中间体成功合成了高密度LiFeP04正极

8、材料，振实密度达1.41g/cm3o通过SEM、XRD等测试了样品的微观结构，发现该方法制备的磷酸铁锂材料具有完整的橄榄石结构，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