水热法合在锂离子电池正级材料磷酸铁锂和磷酸钒锂

摘要

本论文分别以水和水／乙醇混合溶剂为反应介质,用水热法制备了聚苯胺掺杂的磷酸铁锂(PAn-LiFePO4)正极材料。同时,用水热法对反应原料进行了预处理,制备了碳包覆的磷酸钒锂[Li3V2(PO4)3／C]正极材料。研究了原料、反应条件、反应介质等因素对产物性能的影响,优化了反应条件,利用红外光谱、X射线衍射、元素分析等对产物的结构进行了分析,并对产物的倍率性能、循环性能、伏安特性等进行了测试。
　　 以水作为水热反应介质,当LiOH、FeSO4、NH4H2PO4的摩尔比为2:1:1时,在160℃下反应12小时可以制备出纯相的LiFePO4正极材料,但材料的循环性能较差。运用水热法一步合成了聚苯胺掺杂的磷酸铁锂正极材料(PAn-LiFePO4),聚苯胺掺入量为20wt％时,0.1C倍率下磷酸铁锂的初始容量达到160mAh／g,循环50周后容量保持率达到95.9％。扫描电镜观察结果显示,聚苯胺颗粒分布在磷酸铁锂颗粒的表面和颗粒之间,提高了材料的导电性能。
　　 以无水乙醇与水的混合溶剂作为水热反应介质制备PAn-LiFePO4正极材料,乙醇和水的比例对磷酸铁锂的结构没有明显影响,但产物性能优于以水为反应介质所得产物。当乙醇与水的体积比为1:2时产物的性能更优,0.1C倍率下,其容量达到160mAh／g,1C倍率下循环50周后容量保持率达到96.3％。扫描电镜观察结果显示,混合溶剂介质中得到的磷酸铁锂颗粒为规整的菱形片状结构,粒径均匀,比表面积大,产物的电化学性能因此得到改善。
　　 用水热法制备了Li3V2(PO4)3／C正极材料。由水热处理后的原料,高温烧结温度缩短为2小时,与传统的高温固相法相比,反应时间缩短了近90％,烧结温度有明显降低。800℃烧结得到的样品在0.1C放电倍率下,初始放电容量为177mAh／g,达到其理论容量的90％,1C倍率下循环50周容量保持率达92.3％,放电倍率为2C时,其放电容量仍可达到125mAh／g,表现出较好的电化学性能。