溶胶凝胶法制备锂离子电池正极材料

1、溶胶凝胶法制备锂离子电池正极材料参考文献：任亚琦参考文献：任亚琦. .液相反应法制备锂离子电池正液相反应法制备锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂工艺研究极材料磷酸亚铁锂工艺研究C.C.黑龙江：哈尔滨工黑龙江：哈尔滨工业大学业大学.2010.2010.无机非金属无机非金属121121班武宏雷班武宏雷主要内容：主要内容：简介简介实验与方法实验与方法测试与表征测试与表征结论结论利用溶胶凝胶法制备LiFePO4材料，考察了不同络合剂、预烧温度、烧结温度、烧结时间对材料性能的影响。磷酸亚铁的结构和反应机理磷酸亚铁的结构和反应机理橄榄石磷酸亚铁锂是典型的阴离子正极材料。材料属于正交晶系。磷酸亚铁锂中氧原子六方密

2、堆积正八面体的FeO6没有形成连续的网络结构，中间有PO4正四面体结构相隔。简介简介电子通过Fe-O-Fe键传递，因此磷酸亚铁锂的电子电导性较差，锂离子的扩散比其它层状化合物慢得多，影响磷酸亚铁锂在 大电流充放电下的电化学性能。充电过程：LiFePO4 - xLi + - xe- （1-x）LiFePO4 + xFePO4放电过程：FePO4 + xLi+ + xe - xLiFePO4 +（1-x）FePO4放电时反应与之相反。溶胶凝胶法溶胶凝胶法将各前驱体溶液混合均匀，经过一系列的水解或缩聚反应形成透明的溶胶；再经过长时间的搅拌，形成以前躯体为骨架的空间网络，网络中由于失去大量流动性的溶剂

3、而形成溶胶；溶胶进一步干燥形成干凝胶；最后，经过干燥、研磨、烧结等步骤得到所需粉体溶胶凝胶法能使前驱体中各成分在原子、分子水平上均匀分布，具有很多优点，但是主要不足为制备周期长，凝胶干燥时收缩性大，粉体材料的烧结性不好，产率不高。溶胶凝胶法制备溶胶凝胶法制备LiFePO4/C采用一定量的柠檬酸、锂源、磷酸二氢铵和蔗糖，经过一段时间的加热和搅拌，随着水分不断蒸发，逐渐形成均匀的溶胶，继续加热搅拌形成均匀的湿溶胶。在真空干燥箱内干燥形成干凝胶，取出研磨400目过筛后，制得正极片，装配电池。实验与方法对络合剂的选择对络合剂的选择实验对络合剂采用了柠檬酸、月桂酸和乙二醇 400进行对比试验。当采用柠檬

4、酸和乙二醇400做络合剂时，其余原料为硝酸铁、硝酸锂、磷酸二氢铵和蔗糖，以蒸馏水为溶剂；当采用月桂酸为络合剂时，由于月桂酸不溶于水，用乙醇作为溶剂，其余为硝酸铁、乙酸锂，五氧化二磷和蔗糖。形成凝胶后在350下预烧5h，研磨后在650下烧结18h，从而制备出LiFePO4/C对LiFePO4/C的XRD分析所制备的材料均为纯相，并无杂质生成。a ：月桂酸B ：聚乙二醇400c ：柠檬酸不同络合物所制备LiFePO4/C材料的XRD图谱测试与表征测试与表征不同络合剂对材料性能的影响不同络合剂对材料性能的影响LiFePO4/C的充放电性能测试不同络合物所制备的LiFePO4/C正极材料在0.2C充放

5、电倍率下的充放电曲线。从图中可以看出用柠檬酸做络合剂时容量最高为85mA/ga ：柠檬酸B ：月桂酸c ：聚乙二醇400不同络合物所制备的LiFePO4充放电性能曲线TG-DSC（热重（热重-扫描热量）曲线分析扫描热量）曲线分析在N2气氛下进行测试，升温速率为10/min。前躯体的TG/DSC曲线图447左右是溶胶凝胶法中的前驱体反应物开始合成LiFePO4晶体的温度。用硝酸亚铁：磷酸二氢铵：硝酸锂：柠檬酸=1;1:1.05:1,蔗糖含量为60mass的原料制备凝胶，干燥后在管式炉中350下预烧4h后的XRD图谱预烧后的XRD图谱XRD图谱图谱烧结温度高于400时，都会形成LiFePO4的晶形

6、。而温度的高低直接影响所制备材料的结晶状态。现用柠檬酸钠做络合剂，硝酸铁:硝酸锂：磷酸二氢铵：柠檬酸=1：1.05：1：1，60mass的蔗糖为原料，制得湿凝胶，干燥后在管式炉中260下预烧2h，煅烧时间6h，对不同烧结温度制备的材料最对比烧结温度对烧结温度对LiFePO4/C材料性能的影响材料性能的影响由于烧结过程中烧结温度越高，颗粒长大速率越快，因此在相同的烧结时间内，温度越高颗粒长大越显著 550650750不同烧结温度在0.2C充放电容量曲线不同烧结时间下材料的充放电曲线（其他条件不变）烧结时间对LiFePO4/C材料性能的影响不同络合剂对材料的性能影响实验中，均为纯相，当柠檬酸为络合剂时性能最佳。采用溶胶凝胶法制备LiFePO4/C，一系列性能测试，得出以硝酸铁:硝