磷酸铁锂的合成方
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磷酸铁锂的合成方
磷酸铁锂的合成方法
班级：应化
1202
姓名：彭亮
学号：
1505120623
磷酸铁锂是一种锂离子电池的正极材料，
具有比容量大，
成本低和资源丰富的特点。
磷
酸铁锂
(LiFePO
4
)
理论比容量高，可逆性极佳，具有优良的充放电循环性能，同时与传统的
尖晶石结构的
LiMnPO
4
和层状结构的
LiCoO
2
相比，具有
原料来源广泛、成本低、无环境
污染等优点，因此
LiFePO
被认为是非常理想的锂离子正极材料。目前，国际上在磷酸铁锂
制造方面领先的企业主要有
3
家，分别是美国的
A123
、加拿大的
Phostech
以及美国的
Valence
，掌握着较为成熟的量产技
术
[1]
。
制备
LiFePO
的方法很多，
大致可
分为固相合成法和液相合成法两大类。
合成方法决定
了合成产物的晶型、
相纯度、
颗粒大小、
形貌以及表面积及其电化学性能。
固相合成法包括：
< br>高温固相反应法、碳热还原法（
CTR
）、微波合成法、
机械合金化法，液相合成法包括：液
相共沉淀法、溶胶
-
凝胶法、水热合成法。现着重选取三种方法进行阐述。
溶胶一凝胶法
溶胶一凝胶法是通过金属有机化合物、
金属无极化合物或者上述两者混合物等经水解
反
应，然后凝胶化进行相应反应的制备方法
。
此处阐
述以磷酸铁、
氢氧化锂和草酸为原料合成磷酸铁锂分方法
[2]
。
该法中草酸在反应
中起到了还原和络
合的双重作用，其分解产物是
CO
、
C
O
2
和
H
2<
/p>
O
的混合物，没有污染气
体产生，同时气
体会抑制颗粒的聚集从而得到均匀分布的颗粒。其反应如下：
FePO
4
+3H
2
< br>C
2
O
4
→
H
3
Fe(C
2
O
4
)
3
+H
3
PO
4
2H
3
P
O
4
+2H
3
Fe(C
2
O
4
)
3
+2LiOH
→
2LiFePO
4
+7CO
2
↑
+5CO
↑
十
+7H
2
O
总反应如下：
2FePO
4
+6H
2
C
2
O
4
+2LiOH
一
2LiFePO
4
+7CO
2
+5CO
↑
+7H
2
O
将
FePO
4
·
4H
2
O
、
LiOH
·
H
2
O
、草酸按一定的摩尔比加入到适量的蒸馏水中，再分别添
加质量分数为<
/p>
4.4
％、
5.9
％、
8.3
％的葡萄糖，一定温度下搅拌直至溶胶形成，溶胶
经减压
蒸馏去除部分水分形成凝胶，
凝胶在真空干燥箱中干燥得
干凝胶。
干凝胶研磨后在高纯氮气
氛围下于一定温度下预烧，<
/p>
球磨后再在高温下煅烧即得
LiFePO
4
／
C
材料。
该工艺方法简单、
合成周期短、能耗较少是一种可能用于工业化生产的磷酸铁锂制备工艺
。
共沉淀法
1
/
4
磷酸铁锂的合成方
将过量的沉淀剂加
入混合液中，
使沉淀离子的浓度积大大超过沉淀的平衡浓度积，
从而
使各组分按比例沉淀出来的方法，称为共沉淀法。
此处阐述以磷酸铁、
氢氧化锂和草酸为原料合成磷酸铁锂分方法
[3]
。
该法按化学计量比
< br>将
LiOH
·
H
2
O(AR)
，
NH
4
H
2
PO
4
(AR)
分别配成一定浓度的溶液，然后将
FeC
2
O
4
·
2H
2
O(AR
)
配成一定含量的悬浮液。
常温常压下将
LiOH
溶液缓慢滴加到
FeC
2<
/p>
O
4
·
2H
2
O
和
NH
4
H
2
PO
4
的混合溶液中进行反应，过滤反应液得到墨绿色沉淀。将沉淀置入管式
炉中，
N
2
气氛下
150
℃干燥
5 h
，
350
℃预分解
5 h
，
700
℃焙烧
10 h
，随炉冷却后即得锂离子电池正极材
料
LiFePO<
/p>
4
在
350
℃保
温冷却之后，向样品中加入纯
LiFePO
4
< br>的理论质量
10
％的葡萄糖添
加
剂，充分研磨即得
HFePO4
／
C<
/p>
复合电极材料。用共沉淀法可以制备性能好的
LiFePO
4
正极材料，其步骤简单，成本低的特点使其成为很有发展前景的制备
方法。
微波合成法
近年来，
一些学者将陶瓷材料的制备
方法微波合成法应用于锂离子电池正极材料的制
备。选用碳酸锂为锂源，磷酸二氢铵为磷
源，硫酸亚铁为铁源，葡萄糖为碳源，将各种原料
按一定的摩尔比混合均匀，加入一定量
的丙酮，于高速球磨机中球磨
2h
，加热预分解后得
到前驱体。将前驱体在
10 MPa
的压力下压成
片，放入装有一定量活性碳的坩锅中央，再
把坩锅放入微波炉中，调节所需的功率和加热
时间进行加热。完毕后，取出产品进行研磨，
装瓶，此产品即为目标产品磷酸铁锂
[4]
。
该法合成反应周期极短
(3
至
10min
)
，
故相对固相法来说能耗低，
合成效率高，
颗粒
比较均匀等优点而成为很
有前途的合成方法，但产物粒度通常只能控制在微米级以上。
水热合成法
水热合成法是指在高温、
高压条件下，以水溶液为反应介质
,
在密封的压力容器中进行<
/p>
化学反应的合成方法，该法的主要过程就是溶解再结晶的过程。由于水热体系中
O
2
的溶解
度较小，因此
水热条件下无需惰性气氛，常以可溶性亚铁盐、锂盐和磷酸为原料直接合成
LiFePO
4
。该方法具有物相均一、过程简单
等优点，但对生产设备的要求高
,
工业化生产的
困难较大。
本人参与到了一位硕士生研究课题当中，
采用的方法便是水热合成法来合成空心结构
LiFePO4
，<
/p>
与传统的实心材料相比，
空心结构材料具有更大比表面积和更短的
电子传输路径，
因而在电化学领域具有广阔的应用前景。
与传统的
LiCoO2
、
< br>LiNiO2
和
LiMn2O4
相比，橄榄石型结构的磷酸铁锂
(LiFePO4)
具
有理论容量高
(170 mAh
g-1)
、环境友好、价格低廉、热稳定性高等优点自
1997
年被发
2
/
4