DOC《镁掺杂磷酸铁锂的碳热还原法制备及表征》

通信作者:刘述平(1961-),男,四川人,研究员. 1.2 磷酸铁的制备 在硫酸亚铁溶液中加入双氧水氧化Fe2+,得到硫酸铁溶液,然后在搅拌下加入磷酸铵溶液,70 ℃反应4 h得到白色沉淀,将其过滤、洗涤、烘干,置于马弗炉中650 ℃焙烧2 h,得到无水磷酸铁. 1.3 磷酸铁锂的制备 将磷酸铁、碳酸锂按Li/Fe比1.05配料,加入适量的葡萄糖、碱式碳酸镁和乙醇,于行星式球磨机中研磨6 h,取出烘干后压制成型,置于箱式气氛炉中,在高纯氮气保护下720 ℃焙烧8 h,随炉冷却至50 ℃,出炉、研磨、过筛制备出镁掺杂的磷酸铁锂(LiFe1-xMgxPO4/C)样品. 1.4 电池的制备及测试 按质量比90U5U5将LiFePO4粉末、导电剂SP、粘结剂混合、搅拌均匀,并涂布于铝箔上,经100 ℃左右烘干后制成厚度200 μm的正极带,将正极带于80 ℃真空干燥8 h后,经滚压、冲切后制成直径为14 mm的正极片.以制备的极片为正极,金属锂片为负极,Celgard 2400为隔膜;

以1 moL/L的LiPF6/EC+DMC+DEC (1U1U1)为电解液,在氩气手套箱中装配成半电池,然后通过电池测试仪进行充放电性能测试.

2 结果与讨论 2.1 前驱体磷酸铁的合成及形貌分析 前驱体磷酸铁的粒度对后续制备磷酸铁锂的性能有较大的影响.经过前期探索试验,选择优化条件制备出磷酸铁产品.磷酸铁的粒度分析结果如下:D0.10=1.51 μm、D0.50=2.94 μm、D0.90=7.18 μm、D0.97=26.40 μm. 2.2 镁掺杂磷酸铁锂的合成与性能检测 2.2.1 镁掺杂磷酸铁锂的合成 在Li/Fe比1.

05、在葡萄糖配比16.7%的条件下,添加不同量的碱式碳酸镁,以乙醇为分散剂,磨料6 h;

将烘干后的粉状物料压制成型,于合成温度720 ℃下焙烧8 h,制备出镁掺杂的磷酸铁锂正极材料.磷酸铁锂的扫描电镜形貌见图1.磷酸铁锂产品的D50为2.80 μm,形状呈类球形. 图1 LiFe0.99Mg0.01PO4/C的SEM形貌 Fig.1 SEM photographs of LiFe0.99Mg0.01PO4/C 对不同镁掺杂量的磷酸铁锂进行了XRD分析.从图2可以看出,不同量的镁掺杂合成磷酸铁锂的XRD谱没有显著差别,主要特征峰都与磷酸铁锂的标准峰相对应,说明少量镁的掺杂并没有改变磷酸铁锂的晶体构型.从表1中不同镁量掺杂磷酸铁锂的晶胞参数可以看出,掺杂后样品的晶胞体积发生了一些变化,随着镁掺杂量的增加,出现了一定幅度的缩小.Mg2+的半径为0.072 nm,略小于Fe2+的半径(0.074 nm),铁位掺杂镁后的磷酸铁锂从理论上分析会出现一定的晶胞收缩[10],与XRD检测数据相符. 图2 不同镁掺杂量磷酸铁锂的XRD谱Fig.2 XRD patterns of various Mg-doped LiFePO4 表1 不同镁掺杂量合成磷酸铁锂晶胞参数 Table

1 Crystal cell parameters of various Mg-doped LiFePO4 Mg掺杂量 a/nm b/nm c/nm V/nm3

0 1.032

038 0.600

489 0.469

059 0.290

69 0.005 1.032

391 0.600

029 0.468

957 0.290

50 0.01 1.031

261 0.600

259 0.468

618 0.290

09 0.02 1.031

503 0.600

345 0.468

411 0.290

07 2.2.2 不同镁掺杂量磷酸铁锂的电性能检测结果 对不同镁掺杂量的磷酸铁锂进行了电性能检测.磷酸铁锂正极材料0.1C倍率下的放电比容量变化情况见图3.从图3可以看出,磷酸铁锂具有3.4 V的放电电压平台.磷酸铁锂在镁掺杂后放电比容量有一定的升高,........