纳米磷酸铁锂的制备与性能分析

目前, 国家正努力提倡节能减排战略, 大力发展节能绿色科技。由于锂离子电池因其具有的纳米磷酸铁锂材料有着比能量大、稳定性好、安全性高、可循环使用、寿命长、对环境无污染等优点, 使锂离子电池在储能电源方向上得到了更好的推广与普及, 促进了锂电池产业在我国快速的发展。 1 纳米磷酸铁锂的特点 纳米磷酸铁锂具有良好的循环稳定性、寿命长, 且具有比能量大、对环境无污染等特点, 该材料的特点相对于普通材料具体说来分为: (1) 由于纳米材料具有高比表面积、微孔多、粒度微小等特点, 使反应界面增大, 增多了材料的扩散通道, 使得理论储锂容量更高; (2) 纳米磷酸铁锂具有良好的动力学性质, 锂离子在扩散过程中路径短, 具备嵌入深度浅特点; (3) 磷酸铁锂经过纳米化后可以促使不可逆相变的电极材料转变, 使得电极材料得以循环使用; (4) 纳米材料受外界影响后对体积的变化很小, 具有超塑性和蠕变性的特点。 2 纳米磷酸铁锂的制备与合成工艺 正是鉴于纳米磷酸铁锂材料的以上特点, 才使得纳米磷酸铁锂材料具备了比其他材料更好的发展潜力, 从而引发了人们开始更多关注在纳米磷酸铁锂材料的合成制备方式与合成工艺上。纳米磷酸铁锂的具体制备过程如下:首先, 准备好铁源与磷源及相关试验容器, 铁源物质为Fe (NO3) 3·9H2O与水混合溶解形成硝酸铁溶液, 配置成浓度值为0.2 mol/L。磷源的配制浓度与铁源保持一致。将配制完成的铁源与磷源在反应器中进行混合并加热, 当加热达到一定温度后加入氨水, 当p H值保持在2.0~2.2左右恒定时, 进行一段时间的保温处理, 然后将混合后的反应物过滤至PH值达到7.0后, 烘干即可得水合纳米磷酸铁产物。将水合纳米磷酸铁和碳酸锂按照n Li∶n Fe=1.0~1.05∶1的比例混合, 加入葡萄糖混合无水乙醇研磨一段时间, 然后处理至分散状态, 并将浆料经过喷雾干燥至粉体置于坩埚中;使用氩气做保护气升温处理, 当温度达到600℃后, 进行保温处理, 然后冷却到室温, 即可得纳米磷酸铁锂产品。纳米磷酸铁锂的合成工艺通常包括干式合成法与湿式合成法两种, 由于干式合成法生产的产物粒径较大, 均匀性不好, 稳定性差等缺点, 因此在合成的过程中一般采用的是湿式合成法。湿化学法包括溶胶凝胶法、水/溶剂热合成法、还原锂化法、液相共沉淀法及乳化干燥法及多种方法的配合使用等。在进行湿法制备过程中, 通常会加入碳元素, 以增强其导电性, 改善其性能。 3 纳米磷酸铁锂的性能测试与分析 对制备的纳米磷酸铁锂样品进行性能测试, 以测试其特性。采取的仪器有电子显微镜, 透射电镜、高分辨透射电镜、X-射线衍射仪、综合热分析仪等。测试过程中使用PDX2511电池测试仪进行测试。测试采用乙炔黑为导电剂, 纳米磷酸铁锂样品作为正极, 金属锂片作为负极, 隔膜使用进口聚丙烯微孔膜, 电解液设置为同比例的碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯与碳酸二甲酯的混合液。经过测试通过扫描电镜观察到纳米磷酸铁颗粒呈类球形且分散性好, 颗粒大小均匀的非晶态结构, 且磷酸铁锂表面含有碳的包覆层, 而且碳还在颗粒之间有效连接形成了空间网络的包覆层。这些结构表明其构成了有效的导电通路, 使得纳米磷酸铁锂材料的电子导电性能得到了提高。透射电镜与通过X射线衍射得到的衍射图和红外光谱图同样也证明了其结构呈无定型非晶态这一点, 进一步说明产物具有良好的导电性。通过对纳米磷酸铁锂样品的测试过程还可以发现, 不同倍率放电曲线使其放电平台的下降并不明显。这表明随着纳米磷酸铁锂颗粒直径的减小, 缩短了锂离子的扩散距离, 进而提高了材料导电性能和材料的比容量, 从而提高了其产品性能。 4 结语 通过以上对纳米磷酸铁锂特点及其制备方法与性能分析的研究, 我们可以知道Li Fe PO4具有很好的循环稳定性, 它的放电比容量较其他材料高, 而且使用寿命长, 不会造成对环境的破坏。可以通过溶胶凝胶法、水/溶剂热合成法、还原锂化法、液相共沉淀法或乳化干燥法等合成工艺制备形成, 经过对其的性能测试与分析, 我们可以更好的改善纳米磷酸铁锂的性能, 降低纳米磷酸铁锂的生产成本, 改善它的生产工艺等, 促进它在未来的发展潜力, 从而推进锂离子动力电池更好的应用。 摘要：本文通过对纳米磷酸铁锂材料特点的研究, 探究了纳米磷酸铁锂的制备过程及合成工艺, 进而对其进行性能测试分析。分析结果表明, 其拥有良好的性能优势, 同时也为该材料的性能改善提供了科学依据, 为今后锂离子电池的发展做出一定的贡献。