由水热法羟基磷酸铁锂前驱体制备磷酸亚铁锂工艺研究

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1、学校代码10459学号或申请号201412151898密级硕士学位论文由水热法羟基磷酸铁锂前驱体制备磷酸亚铁锂工艺研究作者姓名：付磊导师姓名：石秋芝学科门类：理学专业名称：物理化学培养院系：化学与分子工程学院完成时间：2017年4月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterStudyonthetechnologyforpreparingLithiumiron(II)phosphatefromlithiumiron(III)phosphatehydroxideproducedbyhydrothermal

2、methodByFuLeiSupervisor:ShiQiuzhiPhysicalChemistryCollegeofChemistryandMolecularEngineeringMay2017原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：日期：年月日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根

3、据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：日期：年月日摘要摘要橄榄石结构的LiFePO4作为正极活性物质，现已广泛应用于动力型和储能型锂离子电池。因其本征电子导电率和锂离子扩散系数较低，其制备工艺，除注重生成纯橄榄石相外，还通过

4、碳包覆来提高其电子导电率、通过减少颗粒粒度来缩短锂离子和电子的传导路径、通过引入局外金属离子造成晶格缺陷来提高锂离子的迁移系数。通过对JCPDS数据库的搜索发现化学成分包含Fe、P、O、H四种元素的不同结构的化合物有123种之多，其中就包含FePO4·2H2O。但是相比于FePO4·2H2O，这些化合物中铁磷摩尔比和结晶水数目是完全不同的，这使得以FePO4·2H2O为原料的制备纯相的橄榄石型磷酸亚铁锂工艺变得困难，因为必须要保证原料或是前驱体中铁磷锂的摩尔比为1:1:1。通过对JCPDS数据库的搜索发现化学成分包含Li、Fe、P、O、H五种元素的化合物仅有2种，其一是焦

5、磷酸铁锂(LiFeH4(P2O7)2)，另一是羟基磷酸铁锂(LiFePO4(OH))。本论文探讨了以LiFePO4(OH)前驱体制备橄榄石结构LiFePO4工艺的可行性。针对制备LiFePO4过程中碳热还原固相反应工艺参数和制备LiFePO4(OH)过程中水热反应工艺参数进行了较为系统的研究。主要结果如下：1、探讨了采用碳热还原法，以LiFePO4(OH)前驱体为原料，制备橄榄石结构LiFePO4的工艺可行性。从碳热还原温度、碳热还原时间、包覆碳量三个方面探讨了工艺参数对所制LiFePO4/C复合材料的颗粒粒度、颗粒形貌、电化学性能的影响。结果显示，在650°C下经碳热还

6、原固相反应8h，控制包覆碳量为3.21wt.%时，所制得的LiFePO4/C复合材料表现出较好的电化学性能。0.1C下的首次放电比容量为140.72mAh/g；1.0C倍率下，经过100周的循环充放电，材料的放电比容量仍然保持在93.97%。2、研究了水热反应温度和水热反应时间对水热反应产物LiFePO4(OH)前驱体，及对相应最终产品LiFePO4/C复合材料的影响。优化水热法工艺参数的结果表明：在180°C下水热反应48h所制备的LiFePO4(OH)是粒度在200-300nm、结I摘要晶度较高的纯相，由相应LiFePO4(OH)所制得的LiFePO4/C复合材料表现

7、出最优的性能，在0.1C倍率下的首次放电比容量为153.32mAh/g。3、应用水热反应制备出掺杂Mg的LiFePO4(OH)前驱体。在优化后的水热反应条件(180°C，48h)下，探讨了Mg掺杂对水热反应产物LiFePO4(OH)前驱体及相应LiFePO4/C复合材料的影响。结果表明：与不掺Mg的LiFePO4(OH)前驱体相比，掺Mg后LiFePO4(OH)前驱体的二次颗粒大小约为5μm左右的球形颗粒，其一次颗粒是大小为300-500nm的长方体块状结构，二次颗粒是由一次颗粒紧密堆积而成。由球形掺镁LiFePO4(OH)前