纳米磷酸铁锂的制备和应用复习过程.ppt

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1、纳米磷酸铁锂的制备和应用LiFePO4的特点理论容量：170mAh/g电压平台：3.5V质量密度：3.64g/cm3无污染低电流密度下LiFePO4中的Li+几乎可以100%嵌入/脱嵌随着工作温度的升高而增加，表现出优良的高温稳定性（60℃）LiFePO4电池电化学反应机理正极反应：LiFePO4==Li1-xFePO4+xLi++xe-负极反应：C+xLi++xe-===CLix电池总反应：LiFePO4+C==Li1-xFePO4+CLix放电时发生上述反应的逆反应。LiFePO4充、放电时晶体结构变化示意图LiFePO4的反应机理以LiOH·H2O、Fe2O3、NH4

2、H2PO4和碳源为原料，生成LiFePO4的反应机理如下：LiFePO4的制备方法高温固相合成水热合成法溶胶凝胶法微波合成法液相共沉淀法FeC2O4·2H2O；Li2CO3、LiOH；NH4H2PO4、(NH4)2HPO4；碳源等行星球磨；氧化锆球磨罐；氧化锆球预处理：350℃~500℃；反应温度：600℃~850℃原料球磨混料焙烧研磨样品一般工艺流程高温固相合成备注高温固相合成优点工艺简单易实现产业化缺点研磨混合的混合均匀程度有限要求较高的热处理温度和较长的热处理时间，能耗大产物在组成、结构、粒度分布等方面存在较大差别材料电化学性能不易控制采用的草酸亚铁比较贵，而且需要大

3、量的惰性保护气烧结过程中产生的氨气、水、二氧化碳，会产生碳酸氢铵晶体颗粒，造成产品的污染水热合成法可溶性亚铁盐（如FeSO4）；Li2CO3、LiOH；H3PO4；碳源等按化学计量比、在搅拌情况下混合均匀处理温度：约为180℃原料混合移到反应釜加热反应洗涤、干燥焙烧反应温度：500℃~800℃一般工艺流程备注优点过程简单物相均匀粉体粒径小缺点需要大型耐高温、高压反应器，难度大，造价高使用LiOH作沉淀剂，这需要多消耗LiOH，增加原料的成本容易形成亚稳态FePO4水热合成法溶胶凝胶法Fe2Ac3/Fe(NO3)3；Li2CO3、LiOH；H3PO4、NH4H2PO4、(NH

4、4)2HPO4；柠檬酸；碳源等先将各种原料溶解，然后按照一定的顺序，在搅拌的情况下混合均匀将混合好的原料加热到60~80℃，形成溶胶焙烧温度：600~800℃原料混合形成溶胶干燥焙烧样品一般工艺流程备注优点前驱体溶液化学均匀性好凝胶热处理温度低粉体颗粒粒径小、分布窄粉体烧结性能好反应过程易于控制设备简单能有效的提高产物的纯度及其结晶性能缺点干燥收缩大工业化生产难度较大合成周期较长溶胶凝胶法微波合成法原料球磨混合干燥微波合成样品二价铁源；Li2CO3、LiOH；NH4H2PO4、(NH4)2HPO4；碳源等可选用家用微波炉反应时间：10~20min行星球磨；氧化锆球磨罐；氧化

5、锆球一般工艺流程备注优点热能利用率高、加热温度均匀操作简单、合成时间短省去惰性气体保护缺点过程难于控制设备投入较大，难于工业化微波合成法原料沉淀离心分离干燥焙烧样品可溶性铁盐、锂盐、磷酸根等一般形成墨绿色沉淀，沉淀中含有Fe2+预处理：350℃~500℃；反应温度：600℃~850℃液相共沉淀法一般工艺流程备注优点廉价且无污染制得的颗粒细小、均匀缺点受沉淀条件的限制，原料的选择范围小生产工艺的复杂存在沉淀废液处理问题，使其实际应用受到了限制液相共沉淀法高温固相合成高温固相合成具有工艺简单、易实现产业化等特点，受到磷酸亚铁锂制造厂商的青睐，成为了现在工业上最常用的一种合成方法

6、。高温固相合成左边为高温固相合成的一般工艺流程图，作为目前工业上最常用的工艺方法，每个步骤都得到很深入的研究。原料制备前躯体焙烧样品球磨破碎筛分FeC2O4·2H2O具有独特的性质，常温下，FeC2O4中的Fe2+具有很强的稳定性，不会轻易被氧化成Fe3+，因而在前期的LiFePO4的制备中，成为最常用的铁源材料；目前由于草酸亚铁的价格等问题，现在趋向于使用廉价的三价铁作为铁源的研究，目前使用的铁源偏向FePO4。高温固相合成原料制备前躯体焙烧样品球磨破碎筛分前躯体制备，是将称好的原料进行充分的混合。前躯体的制备主要有：球磨、研磨、液相法等。其中研磨法和球磨法相比，研磨法制

7、备得到的前躯体，最后得到的磷酸亚铁锂的颗粒要相对细一些。而由液相法得到前躯体材料，可以从分子级别对原料进行混合，在一定程度上缓解了球磨法在原料混合程度上有限的问题。高温固相合成原料制备前躯体焙烧样品球磨破碎筛分高温固相合成原料制备前躯体焙烧样品球磨破碎筛分可倾式湿磨机对于高温焙烧，目前公认的方法是二段焙烧。第一个阶段：原料的分解，此时的温度约为380℃；第二个阶段：LiFePO4的生成阶段，此时的温度一般在600~850℃范围内。高温固相合成原料制备前躯体焙烧样品球磨破碎筛分高温固相合成原料制备前躯体焙烧样品球磨破