水热合成磷酸铁锂粉体的研究

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1、硫磷设计与粉体工程·l4·SP＆BMHRELATEDENGINEERING2010年第5期水热合成磷酸铁锂粉体的研究牛锛，满丽莹，齐恩磊(济南大学材料科学与工程学院，山东济南250022)摘要：以FeSO·7HO、Li2CO3和NH4H2PO4为原料，采用微波水热法合成磷酸铁锂，研究了反应温度对磷酸铁锂形貌的影响，并对其物相组成、形貌以及晶体结构进行了分析。结果表明，利用微波和水热合成的优势制备的磷酸亚铁锂物相较纯、结晶性较好。关键词：磷酸铁锂+粉体；微波水热法；反应温度；形貌；影响中图分类号：TQ131．11文献标识码：A文章编号：1009—1904(2010

2、)05—0014—03随着移动电话、笔记本电脑等电子设备的广泛度、保温时间等参数；待反应溶液冷却后，将其放人使用，空间技术、国防科技的需求，以及电动汽车的离心机中，于10000r／min的转速离心分离5min，倒研制和开发，对化学电源特别是高性能二次电池的掉上清液，分别用超纯水和无水乙醇洗涤3次；取出需求迅速增长。研制开发新一代的可充式高能绿色沉淀物放人表面皿，在真空电热干燥箱中于80cc干环保电池成为紧迫任务。电池材料是提高电池燥10h。性能的关键所在，因此锂离子二次电池正、负电极材1．2LiFePo表征料的研究和开发是目前电池材料的研究重点之采用德国布鲁克公

3、司生产的DS—advance型xl4，5n射线衍射仪(X—RayDiffraction，简称XRD)对磷酸LiFePO虽然具有结构稳定、安全、无污染，且铁锂进行XRD分析；采用日本日立公司生产的s一价格便宜等优点，但也存在着锂离子的扩散系数小、2500型扫描电子显微镜(ScanningElectronMicro—电子导电率低等缺点，导致其常温下的循环性能以scope，简称SEM)对粉体形貌进行分析；采用美国麦及高倍充放电性能不是很好。而且LiFePO在克仪器公司生产的ASAP2020型分析仪对样品的比充放电过程中利用的是Fe¨／Feh还原电对，其相表面积(Bru

4、nauerEmrnettteller，简称BET)和孔径分对于Li／Li产生的电极电位是3～4V，这个电压相布(BarrettJoynerHalenda，简称BJH)进行分析。对于其他材料产生的电极电位要低，相应所制成的2结果与讨论电池比能量就比较低。本课题采用微波加热与水热反应相结合的方2．1XRD分析法，利用微波和水热合成的优势，尝试不同的反应温在合成磷酸铁锂时，分别于160℃、170oC、180度，以期得到特定价态、特殊构型、物相均一、粒径小oC、190℃的温度下保温1h，探讨合成温度对磷酸的磷酸铁锂锂离子电池材料。铁锂物相组成的影响。不同合成温度的磷酸铁

5、锂XRD图谱见图1。1试验过程通过对XRD图谱分析可以看出，在160—1901．1LiFePO制备℃保温1h合成的磷酸铁锂物相较纯，峰型较尖锐，用电子天平称取一定比例量的FeSO·7HO其衍射峰分别对应于(020)、(O11)、(120)、(111)、(分析纯，国药集团化学试剂有限公司生产)、(211)、(301)、(311)、(121)等晶面，与参考文献Li，CO(分析纯，天津大茂化学试剂厂生产)和[11]叙述的相符。160℃合成的磷酸铁锂衍射峰强NHHPO(分析纯，莱阳经济技术开发区精细化工度明显高于190cC，衍射峰强度随着合成温度升高厂生产)，将它们配置

6、成溶液，搅拌均匀；将配好的有下降的趋势，可见160cc合成的磷酸铁锂结晶性溶液放置到微波合成仪中，设置好升温速率、保温温较好。2010年第5期牛锛，等．水热合成磷酸铁锂粉体的研究·15·来不及长大，形成的晶体粒径较小。而且合成温度的高低会严重影响磷酸铁锂的性能，这是因为在较高温度下生长的晶体，其结晶质点排斥外来杂质的能力增强。一要2．3BET和BJH分析＼190℃合成的磷酸铁锂的氮吸附与脱附曲线见黧口图3：之凹●5＼图1不同合成温度的磷酸铁锂XRD图谱Z兰釜2．2SEM分析不同合成温度下磷酸铁锂的SEM断面形貌见图2。图3190℃合成的磷酸铁锂的氦吸附与脱附曲线

7、从图3中可以看到，在相对压力0．4～0．9之间，由于毛细力作用，磷酸铁锂粉体的孔道逐渐被吸附介质N所填充，磷酸铁锂粉体的氮脱附与吸附曲线发生了偏离。用氮吸附法测得磷酸铁锂的比表面积(BET)为5．56m／g。190℃合成的磷酸铁锂的孔径分布见图4。。D’E＼稚矗窨嚣10om180℃犍图2不同合成温度下磷酸铁锂的SEM断面形貌图4190℃合成的磷酸铁锂的孔径分布由图2可以发现，合成温度对磷酸铁锂的颗粒大小及形貌有较大影响。合成温度较低时，磷酸铁从图4中可以看出，孔结构成多峰分布，但孔集锂的颗粒较大，呈规则菱形；随着合成温度的升高，中分布在3nm左右。磷酸铁锂粒径变

8、小，当合成温度达到190