不同烧结条件下纳米球形磷酸铁锂

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1、万方数据第15卷第1期2009年2月电化学EU：CTROCHEMISTRYV01．15No．1Feb．2009不同烧结条件下纳米球形的性能研究文章编号：1006-3471(2009)01--0034-04LiFeP04材料单忠强’，王国增，田地，田建华(天津大学化工学院应用化学系，天津300072)摘要：应用液相共沉淀一碳热还原法。合成纳米尺寸球形LiFePO．材料，并研究烧结时间对该材料性能的影响．XRD、SEM、TEM及充放电循环测试表明，烧结时间为10h，UFePO,的球形度较好，颗粒尺寸：50一100lull．0．IC放电，初始容量为154．6

2、mAh／g，且具有良好的循环性能．关键词：磷酸铁锂；球形；纳米尺寸；烧结时间中图分类号：TM912．9文献标识码：A锂离子电池以其工作电压高、能量密度大等优点而成为可移动电源的首选⋯．以LiFePO。作为锂离子二次电池的正极材料，具有较高的理论比容量(170mAh／g)和工作电压(约3．5V)，良好的安全性能，低廉的成本和优良的环保特性，有可能替代LiCoO：成为锂离子电池新一代正极材料．采用液相共沉淀一碳热还原法[2刮可以得到纳米球形的LiFePO。材料，其于碳热还原的同时，过量的碳可将材料进行原位包覆【6驯，有效地提高了LiFePO。的电导率．该方

3、法的合成周期较长，碳热还原反应所需要烧结时间多达15h【10】甚至24h[111．本文研究碳热还原反应中烧结时间对合成纳米球形磷酸铁锂性能的影响，缩短了制备周期．1实验1．1材料制备Li2C03，FeC204·2H20，NH4H2P04按1：2：2(bym01)球磨6h，放在石英舟中，于管式炉中氮气的保护下350℃预烧，6h后再于750oC下煅烧12h，自然冷却．研磨备用．按2：l：1(bym01)称取FeP04·2H20，Li2C03和碳源(葡萄糖)，加人适量乙醇混合球磨6h，烘干．再将混合物置于管式炉，通人氮气保护，550℃煅烧，烧结时间：5、10

4、和15h．之后随炉冷却，以上合成材料依烧结时间分别标示为Al，A2，A3．1．2材料分析和表征材料的晶体结构分析使用X’PeaPro型X射线衍射仪(荷兰产)，Co靶Ka辐射源，管电压40kV，管流20mA，扫描范围2口为100一80。，扫描速率80／min．用XL30ESEM．TMP型扫描电镜(荷兰Philips)观察样品形貌、粉末颗粒的大小及颗粒的分布．采用荷兰PHILIPSTECNAIC+F20场发射透射电子显微镜观察样品微观组织形态．1．3电池组装与测试按7：2：1(bym鹪s)将HFeP0．粉末、乙炔黑、聚四氟乙烯乳液(浓度60％)混合，在真空

5、干燥箱80℃烘干约12h取出，作为正极．负极为金属锂片，隔膜为聚丙烯微孔膜(Celgard24(X))，电解液为lmol／LLiPF6／碳酸乙烯酯(EC)+碳酸二乙酯(DEC)+碳酸二甲酯(DMC)(1：l：l，byvolume)，在充满氩气的手套箱中组装成CR2032型扣式实验电池．用LANDCT2001A型程控全自动测试仪测收稿日期：2008．10．20，修订日期：2008．11-18·通讯作者，Tel：13612032260，E-m目al：8hIlzq@sohu．com国家973计划项目(2002CB211800)资助万方数据第1期单忠强等：不同

6、烧结条件下纳米球形LiFePO；材料的性能研究·35·试充放电曲线，电压范围：2．0—4．2V，数据由计算机采集．2结果与讨论2．1XRD测试图1为3种不同煅烧时间制备的LiFePO。样品的XRD谱图．各样品均在20=250、30。、340和4lo附近出现了(011)、(111)、(121)和(131)4个主要的晶面衍射峰，与“FePq的标准谱图基本一致．且其晶胞参数(表1)也与标准卡数据基本吻合，说明该样品的主要成分均为LiFePO．，属于单一的橄榄石型结构．其中A1的XRD谱线有少量的杂质峰，说明烧结5h碳热还原反应可能还不完全，而A3的晶胞参数稍

7、大些，因为煅烧时间过长会导致二次结晶而使颗粒增大¨21．图1LiFeP04样品的XRD谱图Fis．1XRDpatternsofthepreparedLiFeP04samples2．2SEM测试图2是不同烧结时间下LiFePO。样品的SEM照片．可以看出，样品均发生了不同程度的团聚，颗粒尺寸分布不太均匀．与A2相比，Al团聚现象较为严重，而A3由于烧结时间较长，颗粒尺寸较大．通常，电极材料均具有一定的“粒径效应”，即在～定范围内颗粒尺寸越小，比表面越大，电极反应的活性也越高，电化学反应速率越快．若电极材料的粒径越均匀，表观物理性能就越好．因此可以初步推断

8、，样品A2可能具有更好的电化学性能．表1不同煅烧时间LiFePO。样品的晶胞参数Tab．1Th