磷酸铁锂前驱体磷酸铁的研究进展
第45卷第24期2017年12月广 州 化 工
Guangzhou Chemical Industry
Vol.45No.24Dec.2017
磷酸铁锂前驱体磷酸铁的研究进展
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李 超,刘述平,冯雪茹
(中国地质科学院矿产综合利用研究所,四川 成都 610041)
摘 要:磷酸铁锂具有原料来源广二安全性能高二环境友好等独特的优势,成为锂离子电池正极材料的研究热点之一三前
驱体磷酸铁与磷酸铁锂具有类似的结构,在合成磷酸铁锂时具有独特的优势,并且磷酸铁同时提供了铁源和磷源,合成过程中只需要添加锂源便可制备出磷酸铁锂,工艺条件简单可控三其合成方法主要有沉淀法二水热法二溶胶凝胶法等三介绍了不同方法的研究现状二优缺点及下一步的展望三
关键词:磷酸铁锂;磷酸铁;沉淀法;水热法
中图分类号:TM 912.9
文献标志码:A
文章编号:1001-9677(2017)24-0017-03
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基金项目:中国地质调查局 川西稀有金属矿集区综合地质调查”(No:DD20160074)三第一作者:李超(1989-),男,硕士,助理工程师,主要从事有色冶金研究三
Research Progress on Ferric Phosphate in Precursor
of Lithium Iron Phosphate *
LI Chao ,LIU Shu -ping ,FENG Xue -ru
(Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources,CAGS,Sichuan Chengdu 610041,China)
Abstract :Lithium iron phosphate is viewed widely as a promising cathode material of lithium-ion battery due to its advantages such as abundance in resources,high safety performance and environmental benignancy,etc.The structure of ferric phosphate is very similar to that of lithium ferric phosphate,so it has unique advantages in the synthesis of lithium iron phosphate.Iron phosphate can provide iron and phosphorus sources at the same time,so only lithium source is needed during the synthesis process,which is simple and controllable.Methods of synthesizing ferric phosphate include precipitation,hydrothermal,sol gel method and so on.The research status,advantages and disadvantages of different methods were introduced and the next work was prospected.
Key words :lithium iron phosphate;ferric phosphate;precipitation;hydrothermal
橄榄石型磷酸铁锂作为锂离子二次电池正极材料具有独特的优势,不仅原料来源广二制备成本较低二环境友好,而且其稳定的内部结构表现出了优异的安全性和循环性能三从1997年Padhi A K 等[1]首次对橄榄石型磷酸铁锂的电化学性能进行报道后,经过20年左右的发展,已经成为了当前应用最广泛的锂离子电池正极材料之一三磷酸铁锂的制备方法主要有固相合成法和液相合成法三固相合成法主要包括高温固相法二碳热还原法二微波法等[2]三液相合成法主要包括水热法二溶胶凝胶法二共沉淀法二喷雾干燥法等三
固相法是目前大规模商业化生产磷酸铁锂的主要工艺三传统的高温固相法采用的铁源是二价有机铁源草酸亚铁,这种经典的方法工艺相对简单二易于产业化,但是生产周期较长二能耗高二产物颗粒较大,尤其是产物颗粒较大直接影响产品质量三为了改善高温固相法的不足,Wang K 等[3]提出用机械活化法进行改良,虽然能够有效的减小产物颗粒,但是并没有从本质上改善产物的电化学性能,并且长时间的球磨过程也增加了生产成本三直到2003年barker 等[4]首先使用碳热还原法合成了电性能良好的磷酸铁锂,采用的铁源是Fe 2O 3三紧接着有很多学者使用FePO 4作为前驱体进行磷酸铁锂的制备,得到的
产品也具有优良的电化学性能三碳热还原法中三价铁源的性质很大程度上影响着磷酸铁锂的最终性能三FePO 4作为LiFePO 4电化学脱锂后的产物,它与LiFePO 4同属斜方晶系,结构相似,且体积变化很小[5-7]三因此,在合成磷酸铁锂时采用合适的磷酸铁作为前驱体具有独特的优势,并且磷酸铁同时提供了铁源和磷源,合成过程中只需要添加锂源便可制备出磷酸铁锂,工艺条件简单可控三本文主要对磷酸铁锂前驱体磷酸铁的结构特点及制备方法进行综述,并在当前研究的基础上对未来的发展方向进行展望三
1 磷酸铁的结构及特点
磷酸铁通常为白色或浅黄色粉末,可以形成多种水合物,有多种不同的晶体类型三文献报道的磷酸铁主要晶型为:磷酸铁锂脱锂后形成的亚稳态正交晶系异磷铁锰矿FePO 4(异磷铁锰矿属于亚稳态结构,只能通过磷酸铁锂脱锂获得,不能直接采用简单的铁盐和磷酸盐进行合成)[8]二单斜晶系FePO 4二正交晶系FePO 4二单斜晶系FePO 4四2H 2O二正交晶系FePO 4四2H 2O二α-石英晶型FePO 4等三