以铁泥为原料合成锂离子电池正极材料LiFePO4／C-论文.pdf

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1、第46卷第3期南开大学学报(自然科学版)Vo1．46NO_32013年6月ActaScientiarumNaturaliumUniversitatisNankaiensisJun．2013文章编号：0465—7942(2013)03—0010—05以铁泥为原料合成锂离子电池正极材料LiFePO4／c常小龙，田建华，单忠强(天津大学化工学院，天津300072)摘要：采用溶解一沉淀法将铁泥中的铁元素以FePO·2HO的形式回收，并以其作为铁源合成LiFePO／c．XRD表明LiFePO／c是橄榄石型晶系纯相．SEM显示LiFePO／

2、c颗粒大小均匀分布在10O～200rim之间．通过充放电测试和循环伏安测试表征了LiFePO／c的电化学性能，由于Co、Cr、Ni等微量杂质元素的存在，以铁泥为原料合成的LiFePO／c表现出较好的循环稳定性和倍率性能．关键词：回收；纳米磷酸铁；铁泥；磷酸铁锂中图分类号：TM912．9文献标识码：A0引言1997年，Padhi等首次提出以橄榄石型LiFePO作为锂离子二次电池正极材料．因其低成本、环境友好、循环稳定、低毒以及相对较高的安全性等优点口]，LiFePO被认为是一种非常有发展前景的锂离子二次电池正极材料．相对较差的导电

3、率和锂离子扩散速率是LiFePO作为锂离子电池正极材料的主要缺陷，可以通过碳包覆和加入杂质元素进行改性]．合成LiFePO的原料中，通常使用的铁源有FeC。O、FeO。、FePO等l_4]，其中FePo具有制备简单、易于控制形貌等优点．作为染料制备过程的副产物，铁泥约含有5O的铁元素，其它元素主要有Na、Mg、Co、Cr、Ni、Si、Ca、S等．WuZJ等人通过碳热法和磁性分离将铁泥以铁合金形式回收，用作合成LiFePO／c的铁源Lsj，KangHC等人以Fe—P废料制备LiFePO／c[6]，得到的LiFePO／c都表现出较高

4、的比容量．根据文献报道，适量的掺杂元素可以改善LiFePO／C的形貌并提高其电化学性能_7．本研究以铁泥为原料，采用溶解一沉淀法制备FePO·2H。O．以得到的FePO·2HO为铁源制备LiFePO／c，并对LiFePO／c进行了形貌和电化学性能表征．为了研究以铁泥为原料合成LiFePO／C对其形貌及性能的影响，以商品试剂(FeSO·7HO、H。PO)为原料合成LiFePO／c作为对比．电化学表征结果表明，以铁泥为原料合成的LiFePO／c是橄榄石型晶系纯相，而且提高了LiFePO／c的循环稳定性和倍率性能．1实验部分1．1Fe

5、PO4·2H2O的制备原料铁泥来自中国北方的一家化工公司．将铁泥在烘箱中于70C干燥12h，然后球磨0．5h得到铁泥粉末．将铁泥粉末溶于5的硫酸，抽滤后得到深红色溶液．在持续搅拌下，向溶液中缓慢加入一定量磷酸溶液，然后用氨水调节pH到2．1，得到白色悬浊液．抽滤并将沉淀干燥研磨后得到乳白色的FePO粉末．TGA分析表明，得到的FePO含有两个结晶水，所以其分子式应为FePO·2HO．将商品FeSO·收稿日期：201301—20基金项目：国家973项目(2009CB220105)作者简介：常小龙(1988一)，男，内蒙古呼和浩特人

6、，硕士研究生．通讯作者：田建华(1955一)，女，天津人，博士，教授，主要从事电池材料研究．email：jhtian@tiu．edu．cn第3期常小龙等：以铁泥为原料合成锂离子电池正极材料LiFePO／C·l1·7H。O、H。PO混合并加入适量HO得到深红色溶液，用氨水调节pH到2．1，得到白色悬浊液．抽滤并将沉淀干燥研磨后得到乳白色的FePO粉末，此样品用于对比试验．1．2LiFePO／c的合成按照：r／F：r／i~,糖一1．02：1．O0：1．O0的摩尔比分别称取LiOH·H2O、FePO4·2H2O、蔗糖，以乙醇作为分散剂

7、在300r／rain下球磨8h，将得到的混合物在70℃下干燥12h并研磨得到LiFePO／c的前驱体．在管式炉中氮气气氛中，首先将前驱体在400℃灼烧5h，冷却到室温后研磨，再在700℃下烧结12h，冷却到室温并研磨，得到黑色的LiFePO／c粉末．1．3材料表征铁泥和制得的FePO·xH。O的组成通过等离子体发射光谱(ICP，VISTA—MPX，美国)进行分析．通过热重分析(TGA，Q500，TAInstrument，美国)计算得到FePO·xH。O中结晶水的含量．使用x一射线衍射仪(XRD，BrukerAXS，德国，铜靶Ka

8、射线，工作电压40kV，工作电流20mA，步长8。／rain，扫描范围3。～90。)表征LiFePO的晶体结构．用扫描电子显微镜(SEM，VEGATS一5130SB，捷克)对LiFePO粉末的形貌进行分析．1．4电化学性能测试将质量比为8：1：1的LiFePO粉