锂离子电池正极材料Li_(0.99)Y_(0.01)FePO_4的制备

橄榄石型LiFePO4是近年发展起来的一种锂离子电池正极材料,它的理论容量为170mAh/g。具有价格便宜、环境友好、无毒、无吸湿性、热稳定性好等优点,越来越受到人们的重视。但是由于LiFePO4的室温电导率低,影响了它的实际应用,为改善其电导率低的问题,本文采用固相法掺杂稀土元素Y合成Li0.99Y0.01FePO4,结果表明,掺杂后材料具有良好的电化学性能,其室温初始放电容量为129.9mAh/g,循环15次后几乎没有衰减。

球形LiFePO_4的制备及电化学性能

以(NH4)3C6H5O7为络合剂,通过控制结晶法制备了球形NH4FePO4.H2O,并研究了反应温度、滴加速度、搅拌速度和反应物浓度等对颗粒形态的影响。以球形NH4FePO4.H2O为前驱体,制备了球形LiFePO4,振实密度达1.08 g/cm3。充放电测试结果表明:样品在0.05C下的首次放电比容量为77.3 mAh/g;在0.05C、0.10C和0.50C下分别循环20次后,样品的放电比容量分别为77.2 mAh/g、54.7 mAh/g和42.7 mAh/g。

均匀沉淀法制备LiFePO_4/C及其电化学性能

以FeSO4·7H2O、H3PO4、H2O2和尿素为原料,采用均匀沉淀法制备LiFePO4的前驱体FePO4·xH2O,研究表面活性剂PEG对前驱体FePO4·xH2O形貌的影响。并将获得的FePO4·xH2O与Li2CO3及葡萄糖混合后合成LiFePO4/C。利用XRD、SEM、循环伏安测试、电化学性能测试、交流阻抗测试等手段对LiFePO4/C进行表征。结果表明:当不添加表面活性剂PEG时,FePO4·xH2O颗粒呈球形,但团聚现象严重;添加PEG后,颗粒较分散,形貌为多面体,合成的LiFePO4/C在0.1C时的首次放电比容量为151.0 mA·h/g,倍率性能好,振实密度达1.44 g/cm3。

LiFePO_4的前驱体制备与性能

以Fe2(SO4)3、H3PO4和NH3.H2O为原料,采用控制结晶法制备了多孔的前驱体FePO4.xH2O。通过研究pH值和合成时间对前驱体的物相结构、成分、表面形貌、粒度、比表面积和振实密度的影响,发现在pH=2.1的条件下反应8h制备的前驱体性能最佳。将前驱体、Li2CO3及葡萄糖均匀混合,用碳热还原法合成了LiFePO4/C,结果表明,以pH=2.1时制备的前驱体为原料合成的LiFePO4/C在0.1C时的首次放电比容量为156mAh/g,其振实密度高达1.20g/cm3。

多孔前驱体渗碳制备LiFePO_4/C

用控制结晶法制备了多孔前驱体FePO4.xH2O,将葡萄糖和Li2CO3渗入到前驱体中,然后通过碳热还原反应合成LiFePO4/C。采用XRD、SEM、恒流充放电和交流阻抗等方法对样品进行了研究。反应剩余的碳分布在LiFePO4颗粒的内部及表面,提高了材料的电化学性能。在620℃下合成的LiFePO4/C的0.1C、0.5C和1C首次放电比容量分别为156mAh/g、139 mAh/g和136 mAh/g,循环30次后的容量衰减率仅为0.64%、2.16%和4.41%。该样品虽然含碳9.74%,但振实密度仍有1.20 g/cm3。

锂离子电池正极材料LiFePO_4的密度泛函研究

采用密度泛函(B3LYP)方法计算锂离子电池正极材料LiFePO4/FePO4,净电荷和共价键级的计算结果都表明磷氧原子间作用力最强,锂氧原子间作用力最弱,有利于Li离子在晶格中的自由移动.以Li/LiFePO4锂离子电池的平均电压为3.2 V,和实验值3.4 V基本一致.态密度分析表明FePO4和LiFePO4都是典型的半导体,O原子轨道主要贡献总态密度靠费米能级价带一侧,Fe原子轨道主要贡献总态密度靠费米能级导带一侧.

FePO4·4H2O的脱水动力学研究

用热分析(TG-DTG-DTA)、X射线衍射(XRD)技术研究了固态物质FePO4·4H2O在空气中脱水过程。热分析结果表明,FePO4·4H2O在空气中脱水的质量变化率与理论计算相吻合。XRD结果表明,FePO4·4H2O脱水产物为FePO4。由等转换率法得到脱水过程的活化能,依此为初始值,用多元非线性回归得到了失水反应拟合的最可几模型为两步连串反应:D4→Fn,活化能分别为79.62和103.04kJ·mol-1,lgA值分别为8.40和11.02。

LiFePO_4前驱体FePO_4的制备及性能

以FeSO4、H3PO4和H2O2为原料,通过控制反应温度、pH值、FeSO4与H3PO4的物质的量比等反应条件,合成了前驱体FePO4。在氩气气氛中煅烧FePO4、Li2CO3和葡萄糖的混合物,制备了LiFePO4。充放电测试表明:LiFePO4样品具有3.4 V的放电电压平台,在0.1C倍率下的首次充放电比容量分别为154.1 mAh/g和146.5 mAh/g。

以NH_4FePO_4·H_2O制备LiFePO_4及其性能研究

用FeSO4,H3PO4,NH3·H2O为原料合成NH4FePO4·H2O前驱体,再与Li2CO3和蔗糖均匀混合,通过高温固相反应法合成了LiFePO4正极材料。用X射线衍射和扫描电镜分析对NH4FePO4·H2O和LiFePO4的结构进行了表征。研究了不同含碳量对LiFePO4晶体结构和电化学性能的影响。结果表明,NH4FePO4·H2O前驱体和LiFePO4具有结构相似性,在高温固相反应时NH4FePO4·H2O与Li2CO3发生置换反应。材料具有较好的电化学性能。

高振密球形FePO_4·XH_2O的合成研究

以硝酸铁和磷酸为原料,用浓碱溶液调节反应pH值,合成化学式为FePO4.X H2O的磷酸铁。研究液相沉淀法合成FePO4.X H2O的机理,以及反应pH值、温度、时间等因素对FePO4.X H2O合成的影响。用扫描电镜对FePO4.X H2O进行表面形貌结构表征。结果表明:在溶液pH=2.0,60℃反应15 h后合成由纳米微晶团聚而成的球形FePO4.X H2O,振实密度可高达1.3 g/cm3以上;以其为铁源合成的磷酸铁锂振实密度高达1.4 g/cm3以上,首次放电比容量155.3 mAh/g,首次效率高达97%,具有良好的电性能。

前驱体制备工艺条件对FePO_4·2H_2O和LiFePO_4性能的影响

以九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)和二水合磷酸二氢钠(NaH2PO4·2H2O)为原料,采用反加沉淀法制备FePO4·2H2O前驱体。将FePO4·2H2O,Li2CO3和葡萄糖混合均匀后经高温固相烧结得到LiFePO4/C锂离子正极材料。考察前驱体反应温度、溶液的pH和滴加速度对FePO4·2H2O颗粒形貌、粒径以及LiFePO4的电化学性能的影响。采用扫描电镜(SEM)和激光粒度分析仪(LPSA)对样品的形貌和粒径进行表征。实验结果表明:FePO4·2H2O颗粒的粒径和分散性影响LiFePO4/C锂离子正极材料的电化学性能,粒径较小且均匀分散的前驱体制得的LiFePO4的电化学性能较好。优化条件下制得的前驱体颗粒为片状,平均粒径为1.08μm。相应的LiFePO4在0.1C充放电倍率下的首轮充电容量为159.3 mA·h/g,放电容量为159.0 mA·h/g,首次充放电效率为99.8%。材料表现出良好的循环倍率性能和结构稳定性。

FePO_4的制备及其在锂电池中的应用

采用不同的方法制备磷酸高铁 ,对其在锂金属二次电池中的充放电比容量进行测定 ,研究不同煅烧温度对其性能的影响 .通过机械研磨的方法 ,获得高比容量的 Fe PO4样品 .在电流密度为 0 .13m A· cm-2 时 ,首次放电比容量达 132 .0 m A· h· g-1.通过实验证明 ,结晶状磷酸高铁也可以获得具有与无定形磷酸高铁相近的充放电容量 .该方法提供一种原料价格低廉、制造简单和充放电容量高的正极活性材料 。

以三价铁制备LiFePO_4/C复合材料及其电化学性能

以Fe2O3、FePO4为铁源,分别采用蔗糖和活性铁粉为还原剂,设计了4条反应路线,利用热还原法制备了LiFePO4/C复合材料。用XRD和SEM对晶体结构及表面形貌进行了研究,用循环伏安法、充放电测试和交流阻抗法研究了电化学性能。制备的LiFePO4/C复合材料具有较好的电化学性能,以FePO4和活性铁粉为原料制得的复合材料性能最佳,以0.2C充放电,首次放电比容量为151 mAh/g,第200次循环的放电比容量仍能保持99.5%。

快速沉淀-碳热还原法合成亚微米LiFePO_4/C

以FeSO4·7H2O、NH4H2PO4和H2O2为原料，用快速沉淀法制备亚微米无定形FePO4·2H2O，再将FePO4·2H2O、Li2CO3和葡萄糖球磨混合，通过碳热还原法合成LiFePO4／C复合材料。通过XRD、SEM和TEM分析及充放电测试考察了反应物浓度和反应温度对FePO4·2H2O的影响。当溶液浓度为0．2mol／L、反应温度为50℃时，可制备形貌一致、粒度分布均匀且纯度高的亚微米无定形FePO4·2H2O。合成的LiFePO4／C粒度分布均匀，碳包覆膜完整，在2．5—4．1V充放电，1．0C和2．0C首次放电比容量分别为140．5mAh／g和134．9mAh／g，循环100次的容量保持率分别为100．0％和97．8％。

以NH_4FePO_4·H_2O为前驱体微波法合成LiFePO_4及其性能研究

用FeSO4、H3PO4、(NH4)2HPO4、NH3·H2O为原料合成NH4FePO4·H2O前驱体,再与LiCO3和蔗糖均匀混合,烘干后埋入活性炭粉中,在最大功率为800W的家用微波炉中以320～640W功率加热一定时间,获得LiFePO4。用扫描电镜和X射线衍射分析对NH4FePO4·H2O和LiFePO4的形貌结构进行了表征。研究了微波输入功率、加热时间对LiFePO4结构和电化学性能的影响。研究表明,在320W下微波加热15min得到的LiFePO4材料,具有良好的电化学性能。在0.05C放电倍率下可达到156mAh/g的放电比容量,在0.5C放电倍率下仍可达到115mAh/g的放电比容量。

沉淀法制备FePO_4的形貌控制

分别以FeCl3.6H2O,FeSO4.7H2O和Fe(NO3)3.9H2O为铁源,NH4H2PO4,H3PO4和(NH4)3PO4.3H2O为磷源,用沉淀法制备了FePO4.研究了沉淀过程中原料、pH值以及表面活性剂对FePO4形貌的影响.采用x射线衍射、扫描电镜分别对样品的物相、形貌进行表征.研究结果表明,FePO4的形貌控制可以通过铁源、磷源、表面活性剂的选择和pH值等的控制来实现.H3PO4为磷源,以FeCl3.6H2O为铁源,当pH<1时,制备的样品为均匀的铁皮石斛形,加入PEG后为自组装的圆片状,当pH>1时,形貌为鸟巢形;以FeSO4.7H2O为铁源制备的样品形貌也以鸟巢形为主;以Fe(NO3)3.9H2O为铁源制备的样品表现为花状;以FeCl3.6H2O为铁源、(NH4)3PO4.3H2O为磷源制备的样品为不规则的片状;以FeSO4.7H2O为铁源、NH4H2PO4为磷源时制备的样品为类球形.表面活性剂及其用量在一定程度上有助于片状FePO4的制备.

二次煅烧制备LiFePO_4/C正极材料及其性能研究

通过高温固相还原FePO4.2 H2O的方法制备橄榄石结构的LiFePO4正极材料,分别采用蔗糖和Fe粉为还原剂,在二次煅烧的工艺下考察不同温度及煅烧时间等因素对材料电化学性能的影响,得出最佳工艺组合。结果表明Fe粉为还原剂性能优越,在700℃煅烧8 h得到的样品最佳,X射线衍射光谱法(XRD)和扫描探针显微镜(SEM)的测试也显示在该工艺下合成样品具有较好的晶体结构。同时两种方法合成的样品在0.05 C时的最大放电比容量分别达到152 mAh/g和156 mAh/g,且具有良好的循环稳定性。

NH4FePO4·H2O半固相法制备LiFePO4／C

制备了NH4FePO4·H2O,再用半固相法制得LiFePO4／C。用XRD、SEM、恒流充放电测试及交流阻抗谱等方法，研究了样品的结构、形貌及电化学性能。样品的结晶度高、粒径均匀，含碳量为1．09％；0．2C循环的最高放电比容量为139．5mAh／g，放电平台为3．2V，循环性能良好。增大极化电压（2．7～4．1V），正极反应由扩散控制逐渐转向动力学控制。

FePO_4包覆LiNi_(0.3)Co_(0.7)O_2正极材料的改性研究

为了提高锂离子电池正极材料的表面结构稳定性,用沉淀法在层状LiNi0.3Co0.7O2表面包覆一层FePO4,并对材料的结构和性能进行了研究。研究结果表明,表面包覆FePO4,有效地抑制了正极材料与电解液的相互作用,提高了其循环稳定性能。当包覆比例为1.0%wt时,电池的首次放电比容量为127.925 mAh/g,经过30次循环后容量保持率为90.52%;电池的电化学综合性能较好。

氧化-沉淀法合成高振实密度球形LiFePO_4/C正极材料

采用氧化-沉淀法,以FeSO4.7H2O、H3PO4和H2O2为原料通过合成球形前驱体FePO4.2H2O来制备高密度球形LiFePO4/C复合材料。结果表明:当溶质浓度为0.1 mol/L,搅拌速度为500 r/min,陈化时间为36 h时,可合成振实密度高、球形度好的球状前驱体FePO4.2H2O;采用超声波浸渍液法将制备的FePO4与LiOH.H2O、蔗糖混合,通过碳热还原法合成球形LiFePO4/C。该球形LiFePO4/C正极材料的振实密度为1.68 g/cm3,在0.05 C、0.1 C和0.5 C倍率下的首次放电比容量分别为138.9、128.7和113.2 mA.h/g,经20次循环后,容量的保持率分别为99%,98.7%和98.6%。