溶胶-凝胶法合成锂离子电池用正极材料LiFePO4

摘要

锂离子电池正极材料目前研究较多的LiCoO2,LiNiO2,LiMn2O4各有优缺点:商业化的LiCoO2成本较高,LiNiO2具有高比容量,但存在安全性问题,LiMn2O4成本低,但循环性能和高温性能仍需较大改进.Fe具有资源丰富、成本低且无毒性等优点,所以含铁化合物作为锂离子电池正极材料的研究十分关注.其中LiFePO4因具有价格低、热稳定性好、理论容量高、对环境友好等特点作为正极材料被广泛研究.目前文献报导LiFePO4的合成方法很多,主要分为高温固相法[1]和液相法[2,3]两大类.传统的高温合成的温度高会直接影响到固体烧结的程度,从而影响晶粒大小.大晶粒会造成Li+扩散路程长,扩散速度受限.所以有研究[4]表明降低合成温度越低,合成的材料放电容量越大.虽然液相法制备前驱体可以大幅度降低烧成温度,但采用二价铁为原料合成LiFePO4比较困难.首先二价铁在溶液中易被氧化成三价,其次,可溶性的二价铁原料选择范围很小.其中最常用二价铁原料FeSO4会引入SO42-进入前驱体,而SO42-分解温度高,不适宜直接采用.而可溶性的三价铁原料较多,本文直接采用三价铁做原料,通过溶胶凝胶法制备锂离子蓄电池正极材料LiFePO4,研究了不同络合剂配比及反应温度、时间、气氛等对物相结构和电化学性能的影响.