三乙二醇辅助液相快速合成高倍率性能的纳米磷酸亚铁锂.pdf

黄冬海等:三乙二醇助液相快速合成高倍率性能的纳米磷酸亚铁锂
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文章编号:1001-9731(2013)21-3143-03
三乙二醇辅助液相快速合成高倍率性能的纳米磷酸亚铁锂
黄冬海,常照荣,李苞,冯婷
(河南师范大学化学化工学院,绿色化学介质与反应省部共建教育部重点实验室,河南新乡453007)
摘要:以三乙二醇水溶液为反应介质,在常压和合成方法需要在高温高压条件下进行,对设备要求高,
108℃条件下,快速生成含有元素Li、Fe、P的前驱体。不易工业化。此外水热过程中容易在形成橄榄石结构
XRD和SEM分析表明,所得前驱体属于无定形结构,中发生Fe错位现象,后续烧结时间较长。Lee等使
与一定量荊简糖混合后在600℃下焙燒3b后得到的是用 CH COOLI、Fe( CH: COO)2、H3PO)、己二酸为原料,
纳米级的 LIFEPO/C材料。电化学测试结果表明,这种采用溶胶凝胶法制备出了粒径为50~100nm的 Life-
纳米级 Lifepc)/C材料在2.3~4.2V之间0.2C倍率PO1,然后在450℃烧结1.5h,在670℃烧结2.5h,在1
下放电容量达到156.3mAh/g,并且具有較好的放电平和30C下首次放电比容量达150和59mAh/g。该法
台。5和10C放电容量仍能达到133.9和109.9mAh/所得材料颗粒粒径均匀、分布窄,但前驱体处理需要
g,表现出优异的倍率放电特性和循环性能
蒸发大量的溶剂,工艺复杂,耗时耗能。
关键词:液相法;无定形;锂离子电池; LIFEPO4/
本文在前期工作的基础上り,提出了一种利用廉价
C;三乙二醇
Fe粉和H3PO为原料,以三乙二醇/水溶液作为反应介
中图分类号:TM912
文献标识码:A质,在常压和108C的条件下,经很短的反应时间得到
DOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2013.21.020
符合 LIFEPO计量比的无定型前驱体。该前驱体无需
复杂处理步骤,与一定量的葡萄糖混合后直接在惰性气
氛的保护下经短时间热处理就可得到纯相、结晶性良好
随着能源危机的到来,世界能源结构发生了从化和粒径均匀的纳米级 Lifepo4/C,并显示出优良的电化
石燃料向风能、太阳能等可再生能源转化的转变。这学性能
种转化的先决条件是具备合适的能源储备系统来满足2实验
不同类型可再生能源的需求。另外,混合动力和电动
汽车的发展也离不开高效的电力存储系统。锂离子电2.1无定型前驱体的制备
池作为一种新兴储能和动力电池,在动力电源和静态
把等物质的量比的Fe粉(99.9%)和1mol/L
存储方面具有广阔的发展潜力
H3PO4溶液100mL添加到带有回流冷凝装置的三颈烧
Lifepo作为动力锂离子电池的正极材料,具有瓶中,在40C下反应0.5h后,加入200mL的三乙二醇
化学稳定性、耐高温、耐过充电、循环性能好、价格低廉溶剂,待混合均匀后,缓慢加人100mL的1mol/ L LIOF
等优点,自1997年由 Padhi和 Goodenough提出以后,溶液,油浴加热,保持反应液在其沸点108C,反应2h,
引起了国内外研究人员的广泛关注。但是由于冷却至室温,抽滤,转移至真空干燥箱,120℃下干燥后
Lifepo4自身的结构特征,导致其电子导电率和锂离得到含有元素Li、Fe、P的无定形样品A
子扩散系数低们。目前研究的重点集中在 LIFEPC,2.2 Lifepc/C的制备
颗粒表面包覆碳以增加电子导电性能,掺杂Cu、Mg等
将含有元素Li、Fe、P的前驱体与一定量的葡萄糖
金属改善离子扩散性能,以及采用不同的工艺路线减湿法混合,研磨均匀后放进舟形Al2O。坩埚内,置于真
小颗粒尺寸、合成出纳米级的 Lifepo粉末等方空管式高温烧结炉(合肥科晶OTF-1200X程序控温管
面门。其中纳米 Lifepo的合成以及覆碳被认为是式炉)内,在5%H2~95%N2气氮保护下,以5℃/min
提高电子和离子导电性能最有效的途径的。合成纳米升温至600℃,保温3h,待温度降到室温,得到黑色粉末
Lifepo4常用凝胶一溶胶法、水热合成等软化学方法。产物。
例如S.F.Yang等用Na2HPO4和FeCl。合成Fe-2.3性能表征
PO4?2H2O,然后与CH3 COOLI在150~200C下通
采用D8型X射线衍射仪(德国布鲁克公司),采集
过水热法合成 Lifepo4,然后在700℃下烧结12b。该条件为Cu靶辐射,石墨单色器,工作电压35kV,工作电
*基金项目:国家自然科学基金资助项目(21071046)
收到初稿日期:2013-02-1
收到修改稿日期;2013-06-12
通讯作者:常照荣
作者简介:黄冬海(1987-),男,河南商丘人,在读硕士,师承常照荣教授,从事新能源材料研究。