DOC《镁掺杂磷酸铁锂的碳热还原法制备及表征》

镁掺杂磷酸铁锂的碳热还原法制备及表征 李超,刘述平,冯雪茹,唐湘平 (中国地质科学院矿产综合利用研究所,成都 610041) 摘要:采用沉淀法制备出磷酸铁,将其与碳酸锂、葡萄糖混合,并掺杂适量的镁,以碳热还原法制备出磷酸铁锂正极材料.

制备的磷酸铁粉体D50=2.94 μm并呈正态分布.合成的镁掺杂磷酸铁锂颗粒呈类球形,D50=2.80 μm;

不同镁掺杂量的磷酸铁锂XRD谱没有显著差别.掺杂后的LiFe1-xMgxPO4/C随着x值的增加,比容量有一定的上升.当x=0.01时,0.1C放电比容量为162 mAh/g,1C放电比容量达到135 mAh/g,循环性能优异. 关键词:沉淀法;

碳热还原法;

镁;

磷酸铁锂 中图分类号:TM912.9 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2018)10-0000-00 Carbothermic Reduction Preparation and Characterization of Mg-doped Lithium Iron Phosphate LI Chao, LIU Shu-ping, FENG Xue-ru, TANG Xiang-ping (Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources, CAGS, Chengdu 610041, China) Abstract:Ferric phosphate was prepared by precipitation method, and then mixed with lithium carbonate, glucose and magnesium source to prepare lithium iron phosphate by carbothermic reduction method. Particle size of ferric phosphate is normal distribution with D50=2.94 μm. Mg-doped lithium iron phosphate particles have spherical shape with D50=2.80 μm. XRD patterns of synthesized lithium iron phosphate show no significant differences. Specific capacity of LiFe1-xMgxPO4/C rises with increase of value of x. Upon x=0.01, the discharge capacity of sample is

162 mAh/g at 0.1C rate and

135 mAh/g at 1C rate respectively. Excellent cycle performance is presented. Key words:precipitation method;

carbothermic reduction method;

magnesium;

lithium iron phosphate 磷酸铁锂作为锂离子二次电池正极材料不仅具有原料来源丰富、环境友好等优势,而且其稳定的内部结构表现出了高的安全性和优异的循环性能,是当前应用最广泛的锂离子电池正极材料之一[1].磷酸铁锂的制备方法主要有固相合成法和液相合成法.固相合成法主要包括碳热还原法、高温固相法、微波法等[2].液相合成法主要包括水热法、共沉淀法、溶胶凝胶法等.固相法具有工艺简单、易于产业化等优点,是工业生产磷酸铁锂的主要方法.固相法采用的铁源主要有草酸亚铁、三氧化二铁、磷酸铁等.磷酸铁作为前驱体的优点主要在于同时提供了铁源和磷源,能够较有效地保证磷铁比,配料、合成过程中只需添加适量的锂源、碳源,磷酸铁锂制备工艺条件较简单可控[3].研究表明,金属离子掺杂是提高磷酸铁锂电性能的一种有效方法[4-7].冯颖等[8]以草酸亚铁为铁源,添加氧化镁掺杂,采用高温固相法制备了镁掺杂的磷酸铁锂(LiFe1-xMgxPO4/C),在较佳的镁掺杂量(0.04)条件下,其0.1C放电比容量为161 mAh/g,1C放电比容量为120 mAh/g.张培新等[9]将硫酸亚铁、硫酸锂、硫酸镁溶于柠檬酸溶液中,加磷酸二氢铵进行共沉淀制备前驱体,然后高温焙烧制备了镁掺杂的磷酸铁锂,磷酸铁锂样品的电性能测试结果表明,镁的最佳掺杂量为0.05.本文采用化学沉淀法制备出适宜粒度的磷酸铁,然后将磷酸铁与适量的碳酸锂、葡萄糖及碱式碳酸镁混料、研磨,以碳热还原法制备出磷酸铁锂正极材料,然后对正极材料进行了电性能等检测分析.

1 试验部分 1.1 仪器与试剂 主要仪器及设备有:X-射线衍射仪(EMPYREAN)、场发射扫描电子显微镜(JEOL JSM-7500F)、行星式球磨机、箱式气氛炉、LAND CT-2001A电池充放电测试系统、手套箱. 主要试剂:磷酸铵、硫酸亚铁、硫酸、双氧水、碳酸锂、碱式碳酸镁、葡萄糖,其中碳酸锂为电池级,其他均为分析纯试剂. 收稿日期:2018-04-26 基金项目:中国地质调查局地质调查项目(DD20160074)子项目(D1601.6.3) 作者简介:李超(1989-),男,四川达县人,硕士,助理工程师;