片状LiFePO4/C正极材料制备及其电化学性能研究

在温和的反应条件下，使用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)成功合成了片状二水磷酸铁，并将其与氢氧化锂、柠檬酸球磨混合，采用碳热还原法制备了具有纳米厚度的片状LiFePO₄/C电极材料。研究了SDBS对磷酸铁形貌以及LiFePO₄/C电极材料电化学性能的影响。利用X-射线衍射、扫描电子显微镜和充放电测试等技术手段，对合成样品的物相、形貌和电化学性能进行了分析测试。电化学测试表明，在25℃，2.0～4.2 V电压范围条件下，使用片状二水磷酸铁为前驱体制备的LiFePO₄/C样品，在0.1 C下放电比容量高达166.4 mA·h·g^-1，且首次库仑效率达到99.6%，在1 C下循环500次容量保持率为99%，表现出了优异的电化学性能。     

水热法一步合成磷酸铁锂及其性能研究

为优化液相法一步制备磷酸铁锂（LiFePO₄）技术,以七水合硫酸亚铁、磷酸二氢铵、一水合氢氧化锂为原料,通过添加十二烷基苯磺酸钠（SDBS）作为表面活性剂,采用液相水热法合成技术,一步合成了LiFePO₄正极材料。研究了水热法一步合成技术对LiFePO₄材料的组成、结构、形貌、粒度等的影响,通过电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、粒度分析仪等对材料进行了表征分析,并测试了材料的电化学性能。研究结果表明,合成得到的LiFePO₄材料为微米级球形颗粒形貌的正交晶系非化学计量比的Li_1.02Fe_0.994PO₄材料。电化学性能测试结果表明,在0.1C倍率下首次充、放电比容量分别为162.0、159.9 mA·h/g,库伦效率达到98.7%、倍率性能（以1C/0.1C保持率计）为92.3%,0.1C倍率循环100次容量保持率为96.4%,展现出良好的电化学性能。     

类球形低硫磷酸铁的制备技术研究

磷酸铁（FePO₄）是锂电池正极材料磷酸铁锂（LiFePO₄）的核心前驱体,FePO₄形貌及硫含量对合成的LiFePO₄材料性能有重要影响。为得到类球形低硫FePO₄产品,在传统液相沉淀法技术基础上做了改进优化,添加十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）作为形貌助剂提高产品球形度,添加氨水作为配体形成磷酸铁铵配合物改善结晶过程,降低产品硫含量。结果表明：所制备的FePO₄产品硫质量分数低,达到2.6×10 ^-5,形貌为均一的微米类球形颗粒,D₅₀=11.4 μm,振实密度达到1.22 g/cm ³,有望成为制备高压实密度LiFePO₄材料的核心前驱体。     

乙醇-水体系3D纳/微米球形磷酸铁的制备与表征

提出了一种在温和条件下制备高振实密度球形磷酸铁的简单方法。制备过程中无需引入碱性物质调节pH和添加其他模板剂,仅以九水合硝酸铁[Fe（NO₃）·9H₂O]和磷酸（H₃PO₄）为原料,在乙醇-水体系中即可制备3D纳/微米球形磷酸铁（记为FPE）。采用扫描电镜（SEM）、激光粒度仪、X射线衍射仪（XRD）、热重-差式扫描量热仪（TG-DSC）、比表面积测试仪（BET）等对制备的磷酸铁进行表征分析。结果显示,制备的磷酸铁具有3D纳/微米球形结构,平均一次粒径为27.2 nm,二次粒径D₅₀为3.75 μm。FPE的组成为二水合磷酸铁（FePO₄·2H₂O）,纯度较高,具有介孔结构,平均孔径为2.75 nm,比表面积为22.41 cm ²/g,同时具有较高的振实密度（1.34 g/cm ³）。3D纳/微米球形磷酸铁制备方法简单,性能优异,以其为前驱体制备的磷酸铁锂（LiFePO₄/C）具有较高的振实密度（1.46 g/cm ³）,在0.2C倍率下的放电比容量为157.9 mA·h/g。     

硝酸铁和磷酸共沉淀法制备电池级磷酸铁工艺研究

以硝酸铁和磷酸为原料，利用共沉淀法制备了电池级磷酸铁，研究了反应温度、反应物浓度、投料比和反应时间对磷酸铁产率和粒径的影响，并通过正交优化得到了最佳的工艺条件：硝酸铁浓度为1.1 mol/L、投料比(磷酸与硝酸铁物质的量比)为1.1、反应温度为90℃、反应时间为8 h。采用扫描电镜(SEM)、激光粒度仪、X射线衍射仪(XRD)、热重-差式扫描量热仪(TG-DTA)等对制备的磷酸铁进行表征分析。分析结果表明：在优化条件下得到的二水磷酸铁为单斜晶，纯度高，二次粒径D₅₀为2.41μm，均符合电池级磷酸铁的要求。以磷酸铁为前驱体制备的LiFePO₄/C性能良好，将其作为正极材料组成的电池在0.05C、0.1C、1C倍率下首次放电比容量分别为143.9、136.8、131.4 mA·h/g。     

碳包覆LiFePO4正极材料的新型液相沉淀法制备

为了改善磷酸铁锂的电化学性能，同时适于低成本的工业化生产，分别采用新型液相沉淀法和高温固相法合成LiFePO₄/C复合正极材料，利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等方法对其晶体结构和表观形貌进行表征，新型液相沉淀法合成的LiFePO₄粒径在100nm左右，结晶度好，室温下以0.47C和1.0C倍率放电，最高放电比容量分别达到167.91 mA·h·g^-1相似文献   

锂离子电池正极材料磷酸铁锂研究进展

与氧化钴锂（LiCoO₂）、氧化镍锂（LiNiO₂）相比,橄榄石结构磷酸铁锂(LiFePO₄)具有安全、环保、比容量高、循环性能优异、高温特性好等优点,被誉为最具发展前景的锂离子电池正极材料。长的循环寿命、优良的高倍率放电性能、高的放电平台、大的能量密度以及良好的热稳定性能,也使得磷酸铁锂成为高功率动力电池正极的首选材料。但是,磷酸铁锂也存在电子电导率相对较低、锂离子扩散系数小、振实密度不高、低温特性不好等缺点,因而制约着它的应用和发展。从磷酸铁锂结构、性能、制备和改性等方面综述了近年来磷酸铁锂的研究进展。     

提高正极材料磷酸铁锂倍率性能的研究进展

橄榄石结构的磷酸铁锂（LiFePO₄）被认为是潜力巨大的锂离子动力电池的正极材料,具有理论比容量高、安全性好、循环寿命长、环境友好和原料来源广泛等优点。但是,由于其本身结构的缺陷,导致其倍率性能低下。本文阐述了近年来改善LiFePO₄的倍率性能的研究,重点介绍了包覆碳导电层、掺杂金属离子、合成纳米材料、制备多孔材料等方法,其中以纳米颗粒为基本结构单元的多孔LiFePO₄微米球材料倍率性能优异、体积能量密度高,具备广阔的研究和应用前景。     

铜掺杂碳包覆磷酸铁锂的微波合成及性能研究

研究了铜掺杂碳包覆磷酸铁锂（LiFePO₄）的微波合成。通过X射线衍射（XRD）表征了样品的化学组成和晶体结构,通过扫描电镜（SEM）考察了样品的微观形貌。分别用铜掺杂磷酸铁锂、碳包覆磷酸铁锂、铜掺杂碳包覆磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料,进行了电化学性能测试比较。充放电测试表明,微波合成的铜掺杂碳包覆磷酸铁锂具有良好的充放电性能和循环寿命,首次放电比容量达到145 mA•h/g,循环30次后比容量仍然有143.5 mA•h/g,为初始容量的98.96%,容量几乎无衰减。     

以磷铁为原料水热法制备电池级磷酸铁的研究

以黄磷所得副产品磷铁为原料,通过湿法溶解、除杂、结晶等工艺制备电池级磷酸铁,然后利用制备出的磷酸铁制备磷酸铁锂。制备电池级磷酸铁的最佳工艺参数为：硝酸浓度为3.0 mol/L、最佳反应温度为110℃、最佳反应时间为120 min、反应体系铁质量浓度为18.0 g/L,此时样品中铁含量与铁磷比接近理论值。LiFePO₄/C样品首次充电容量、放电容量、放电的库伦效率分别为158.8 mAh/g、147.8 Ah/g、93.1%,说明磷酸铁锂电化学性能较好,能用于锂电池的正极材料。     

Long-term cyclability of nanostructured LiFePO4

Amorphous LiFePO₄ was obtained by lithiation of FePO₄ synthesized by spontaneous precipitation from equimolar aqueous solutions of Fe(NH₄)₂(SO₄)₂·6H₂O and NH₄H₂PO₄, using hydrogen peroxide as oxidizing agent. Nano-crystalline LiFePO₄ was obtained by heating amorphous nano-sized LiFePO₄ for different periods of time. The materials were characterized by TG, DTA, X-ray powder diffraction, scanning electron microscopy (SEM) and BET. All materials showed very good electrochemical performance in terms of energy and power density. Upon cycling, a capacity fading affected the materials, thus reducing the electrochemical performance. Nevertheless, the fading decreased upon cycling and after the 200th cycle the cell was able to cycle for more than 500 cycles without further fading.     

电池级磷酸铁的制备及性能

以铁粉和H₃PO₄为原料,采用沉淀法制备了FePO₄,并研究了反应温度、反应时间、过氧化氢加入量对FePO₄性能的影响。利用X射线衍射分析仪、扫描电子显微镜、激光粒度分析仪、TG/DTA和电感耦合等离子体发射光谱仪等对制备的磷酸铁形貌、晶体结构与化学成分进行了表征。实验结果表明,磷酸铁制备过程的最佳实验条件为：反应温度70℃,反应时间1h,H₂O₂过量10%滴加时间60min。在最佳条件下制备的磷酸铁粒径为1~4μm,结晶度好,纯度高。样品中铁的质量分数为36.37%,磷的质量分数为20.86%,铁磷物质的量比为0.97,均可达到电池级磷酸铁的标准,完全可以满足磷酸铁锂正极材料前体的要求。     

A Facile Route for Synthesis of LiFePO4/C Cathode Material with Nano-sized Primary Particles

A facile and practical route was introduced to prepare LiFePO4/C cathode material with nano-sized primary particles and excellent electrochemical performance. LiH2PO4 was synthesized by using H3PO4 and LiOH as raw materials. Then, as-prepared LiH2PO4, reduced iron powder andα-D-glucose were ball-milled, dried and sin-tered to prepare LiFePO4/C. X-ray diffractometry was used to characterize LiH2PO4, ball-milled product and LiFePO4/C. Differential scanning calorimeter-thermo gravimetric analysis was applied to investigate possible reac-tions in sintering and find suitable temperature for LiFePO4 formation. Scanning electron microscopy was em-ployed for the morphology of LiFePO4/C. As-prepared LiH2PO4 is characterized to be in P21cn（33） space group, which reacts with reduced iron powder to form Li3PO4, Fe3（PO4）2 and H2 in ball-milling and sintering. The appro-priate temperature for LiFePO4/C synthesis is 541.3-976.7 ℃. LiFePO4/C prepared at 700 ℃ presents nano-sized primary particles forming aggregates. Charge-discharge examination indicates that as-prepared LiFePO4/C displays appreciable discharge capacities of 145 and 131 mA·h·g^-1 at 0.1 and 1 C respectively and excellent discharge ca-pacity retention.     

四元体系LiCl-LiBO2-Li2SO4-H2O在298.15K时的相平衡

采用等温溶解平衡法开展了四元体系LiCl-LiBO₂-Li₂SO₄-H₂O在298.15 K时相平衡实验研究,测定体系溶解度和平衡溶液的折光率、密度、pH和电导率。根据实验数据,分别绘制该四元体系的干基图、水图以及相对应的物化性质-组成图。研究结果表明:在该四元体系298.15 K相图中,有2个无变度共饱点分别为相称共饱点(Li₂SO₄·H₂O + LiCl·H₂O + LiBO₂·2H₂O)和不相称共饱点(Li₂SO₄·H₂O + LiBO₂·2H₂O + LiBO₂·8H₂O)、5条溶解度曲线和4个单盐结晶相区(Li₂SO₄·H₂O、LiCl·H₂O、LiBO₂·8H₂O和LiBO₂·2H₂O),无复盐和固溶体产生,属于简单四元体系水合物Ⅱ型相图。实验研究中,发现2种偏硼酸锂水合矿物存在(LiBO₂·8H₂O和LiBO₂·2H₂O),LiCl对Li₂SO₄的盐析效应显著;四元体系平衡溶液物化性质随着溶液中氯化锂浓度的变化呈现规律性的变化。     

AlCl3·6H2O在盐酸体系中的结晶行为

研究了AlCl₃·6H₂O在盐酸体系中的结晶行为,考察了铁、钙、镁、钾、钠等杂质对AlCl₃·6H₂O结晶行为的影响,并利用聚焦光束反射测量技术（FBRM）和颗粒录影显微镜（PVM）探讨了不同盐酸滴加速度下AlCl₃·6H₂O的结晶粒度分布及形貌。结果表明,AlCl₃·6H₂O的结晶量随着盐酸加入量的增加而增加,当浓盐酸加入量为AlCl₃饱和溶液体积的2.25倍时,25℃时的结晶效率可达到80%。溶液中Fe的存在可促进AlCl₃·6H₂O的结晶,在1.5 mol·kg^-1的AlCl₃溶液中,当铝铁摩尔比低于3：1时,得到的AlCl₃·6H₂O晶体中铁的含量小于0.1%。钾、钙、镁、钠等杂质对AlCl₃·6H₂O的结晶影响不大。盐酸添加速度影响AlCl₃·6H₂O的形貌,快的盐酸添加速度易使晶体发生团聚,颗粒粒径小,盐酸添加速度较慢时,可得到颗粒较大、形貌好的单晶。     

High-rate properties of LiFePO4/carbon composites as cathode materials for lithium-ion batteries

Electrochemical properties of LiFePO₄/carbon composites were investigated to achieve a high-rate lithium electrode performance. LiFePO₄/carbon composites were synthesized by a hydrothermal reaction of a solution of FeSO₄·7H₂O, H₃PO₄, and LiOH·H₂O mixed with carbon powders under nitrogen atmosphere followed by annealing under 1% H₂–99% Ar atmosphere. Particle size of the obtained LiFePO₄/carbon composites observed by scanning electron microscopy was less than 100 nm. At a high current density of 1000 mA g⁻¹, the LiFePO₄/carbon composites showed a high discharge capacity of 113 mA h g⁻¹, and a flat discharge potential plateau was observed around 3.4 V. The discharge capacity at the high current density, 85% of that at a low current density of 30 mA g⁻¹, is a quite high value for LiFePO₄ cathodes. Homogeneous microstructure consisting of small particles contributed to the high-rate properties of the LiFePO₄/carbon composites.