论文摘要
本文采用一步沉淀和两步沉淀法制备水热反应前驱体,在不同的条件下对前驱体进行水热处理,合成了LiFePO4粉体,并对LiFePO4进行掺杂改性。探讨水热法制备LiFePO4的工艺原理、水热法工艺参数和掺杂改性对LiFePO4结构、微观形貌、电化学性能以及振实密度的影响。研究一步沉淀和两步沉淀两种工艺制备水热反应前驱体的机理,前驱体沉淀中Li与Fe元素的含量的测试表明,两种前驱体沉淀中都含有Li与Fe元素,但溶液中Li与Fe元素并未按化学计量比完全转化为沉淀,同时XRD分析表明前驱体为非晶态,因此水热反应过程是前驱体的进一步沉淀、LiFePO4的结晶和晶体的长大过程。对一步沉淀和两步沉淀两种前驱体制备工艺制备的前驱体进行水热处理,分析前驱体制备工艺、水热时间和水热反应温度对最终产物充放电性能的影响。通过样品的充放电测试结果表明最佳水热反应条件为:一步沉淀的前驱体工艺中,反应温度150℃,反应时间1 h。两步沉淀的前驱体工艺中,反应温度为190℃,反应时间1 h。粉体的比表面积测试表明随着粉体合成温度的提高,粉体的比表面积逐渐减小,比表面积较小的平台电压较好。研究水热反应条件对振实密度的影响。通过研究发现,反应时间延长,振实密度随之降低;水热反应温度升高,相应的振实密度降低;粉体的吸潮使得粉体的流动性变差,在过80目筛的振实密度测试中发现吸潮测得振实密度很低,而过300目筛测试结果吸潮影响较小,实验中大部分粉体的振实密度在1～1.5 g·cm-3,这与商业化产品的振实密度指标相近。对LiFePO4正极材料进行掺杂改性研究,探讨掺杂Mg对正极材料的充放电性能和振实密度的影响。通过研究发现,掺杂5mol.%Mg使得正极材料结晶良好,形貌均一,颗粒的粒径也有所减小,并且正极材料具有明显的充放电平台,较之未掺杂的样品充放电比容量也有很大提高,这说明掺杂5mol.%Mg有效的提高了正极材料的充放电性能;掺杂5mol.%Mg样品的正极材料振实密度较之未掺杂样品有所下降。