液相法合成磷酸铁锂正极材料

液相合成法具有传热、 传质快， 材料粒径、 形貌可控等优点， 被广泛应用于各类材料制备领域。本文 solgel 法合成磷酸铁锂正极材料的过程、 综述了共沉淀法、 溶剂热法、 原理和研究进展， 并进行了对比和总 结： 纳米化、 高比表面积、 碳包覆， 可以解决电子电导率低和锂离子扩散速率慢所导致的倍率性能差的问题 ， 是液相法合成的基本要求。共沉淀法有利于合成密堆积的球形形貌 ， 获得高振实密度的材料， 可以提高材料 的能量密度。溶剂热法有利于合成大 （ 010 ） 面的材料， 缩短锂离子扩散的距离， 提高材料的倍率性能。 Solgel 法可以达到分子级别的混合， 有利于制备成分均匀、 原位碳包覆的材料。 使用高电子电导率和离子电导 率的材料， 可以提高 LiFePO4 的倍率性能。相对固相法， 寻找合成时间短、 流程短、 成本低的产业化方法， 推 动液相法在原理、 工艺上的发展和进步是研究的方向 。 橄榄石磷酸铁锂 液相合成法 高振实密度 大（ 010 ） 面 原位碳包覆 产业化 281X（ 2017 ） 01013712 中图分类号： O646 ； TM911 文献标识码： A 文章编号： 1005关键词
收稿： 2016 年 10 月 1 日，收修改稿： 2016 年 12 月 3 日，网络出版： 2017 年 1 月 10 日 * 国家自然科学基 金 项目 （ No． 51364021 ） 、 云 南 省 自 然科学基金项目 （ No． 2014FA025 ） 和云南省院士自 由 探 索 项 目 （ No． 2015HA016 ， 2016HA011 ） 资助 the Natural Science Foundation of Yunnan Province The work was supported by the National Natural Science Foundation of China （ No． 51364021 ） ， （ No． 2014FA025 ） ，and the Academician’ s Discovering Found from Yunnan Provincial Science and Technology （ No． 2015HA016 ， 2016HA011 ） ． ＊ ＊Corresponding author email： yaochun9796@ 163． com http： / / w w w ． progchem． ac． cn Progress in Chemistry ， 2017 ， 29 （ 1 ） ： 137 ～ 148
PＲOGＲESS IN CHEMISTＲY
化学进展
DOI： 10. 7536 / PC161001
液相法合成磷酸铁锂正极材料
杜远超 华 政 梁 风 李永梅 戴永年
（ 昆明理工大学 真空冶金国家工程实验室 昆明 650093 ）
*
＊ 姚耀春 ＊
云南省先进电池和材料实验室
锂离子电池及材料制备技术
国家地方联合工程实验室 摘 要
［2 ］ 一种很有吸引力的绿色能源材料 ， 笔记 在手机、 、 。 ， 本 摄像机等消费电子产品上已经应用 然而 对于
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共沉淀法合成磷酸铁锂
共沉淀法合成磷酸铁锂正极材料的过程为： 原
料在溶剂的作用下发生溶解， 溶剂化的离子相互吸 引、 去溶剂化、 成核、 生长， 根据溶解沉淀平衡生成 前驱体沉淀， 加入锂源、 碳源， 通过烧结合成磷酸铁 锂。反应一般过程如下：
［3 ］
。
针对以上问题， 基本的解决方法有： 1 ） 包覆高 电子电导率的碳相， 改善 LiFePO4 的导电性， 同时碳 包覆生成的碳膜可以阻止磷酸铁锂的长大 ， 使粒径
3+ 减小。合成过程中， 碳作为还原剂可以还原 Fe 或
防止 Fe 的氧化。2 ） 减小粒径， 获得亚微米级甚至 纳米级材料， 增大材料的比表面积， 增大电子、 锂离 子的传输面积， 缩短传输距离， 有利于提高材料电子 电导率和锂离子扩散系数。 同时比表面积的增大， 使表面高活性原子数增多， 热力学上也有利于电化 学反应的进行
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引言
锂离子 二 次 电 池 （ 充 电 时 将 电 能 转 换 成 化 学 能， 放电时将化学能转换成电能 ） 相对于传统的镍 镉电池、 镍氢电池具有绿色环保、 能量密度高和使用 ［1 ］ 寿命长等优点， 是目前的研究热点 。 磷酸铁锂正 极材料是锂离子二次电池正极材料的一种 ， 具有优 异的电化学性能， 理论比容量达 170 mAh / g， 循环性 能好， 可达 2000 次， 热稳定性好， 分解温度在 300 ℃ 以上， 并具有无毒环保、 资源丰富、 价格低等优点， 是
Synthesis of Lithium Iron Phosphate Cathode Material by Liquid State Method *
＊ Yuanchao Du，Zheng Hua，Feng Liang，Yongmei Li，Yongnian Dai，Yaochun Yao ＊
（ National Engineering Laboratory for Vacuum M etallurgy ，Engineering Laboratory for Advanced Batteries and M aterials of Yunnan Province ，National and Local Joint Engineering Laboratory for Lithiumion Batteries and M aterials Preparation Technology ，Kunming University of Science and Technology ，Kunming 650093 ，China） Abstract The liquid state method has the advantages of fast heat and mass transfer ，controlled particle size and
shape of materials，so it is w idely used in the preparation of various types of materials． In this paper ，the process，principle and research progress of coprecipitation method，solvothermal method and solgel method for the synthesis of lithium iron phosphate are compared and summarized ： the basic requirement of liquid phase synthesis is nano particle size ，high specific surface area and carbon coating ， w hich can solve the problem of low electron conductivity and slow lithium ion diffusion rate，accordingly improve the rate performance of materials． The coprecipitation method has advantage in synthesizing the densely packed spherical morphology materials to obtain high tap density and improve the energy density of materials． Solvothermal method is beneficial to synthesize large （ 010 ） surface materials，shorten the distance of lithium ion diffusion，and improve the rate performance of the material． Solgel can achieve molecular level mixing ，w hich is favorable for the preparation
［2 ， 3 法集中于提高磷酸铁锂的电子电 导率和锂离子扩散系数， 改善其性能。 液相法是相 对于固相法而言的， 指在液相中进行的合成方法， 具 有传热、 传质快， 热效率高等优点。原料溶解后或者 在溶剂化的作用下， 混合均匀， 碳包覆均匀效果好， 合成的材料粒径、 形貌容易通过浓度、 温度、 合成时 间、 溶剂种类等进行控制， 容易获得纳米级、 粒径均 匀、 成分均匀的材料。 本文综述了磷酸铁锂液相法合成的研究进展， solgel 法合成磷酸 主要研究了共沉淀法、 溶剂热法、 铁锂的一般过程、 原理、 合成的控制因素及取得的主 要研究成果。
Ｒeview
化学进展
of homogeneous and in situ carbon coated materials． Scientists introduce materials of high electronic conductivity and ionic conductivity to improve conductivity of LiFePO 4 ． Compared w ith the solid phase method， to investigate a fast，facile process，low cost and easilyindustrialized method，and to promote the development and progress of liquid state method in principle and technology is the research direction． Key words olivine structure LiFePO 4 ； liquid state synthesis method； high tap density ； large surface area of （ 010 ） ； in situ carbon coating ； industrialization Contents 1 2 2. 1 2. 2 2. 3 2. 4 3 3. 1 3. 2 3. 3 3. 4 4 4. 1 4. 2 4. 3 5 Introduction Synthesis of lithium iron precipitation method Syntheses of nano material The reaction mechanism Improving tap density of the material Introduce high conductivity materials Synthesis of lithium iron phosphate by solvothermal method Syntheses of the material of large （ 010 ） surface Syntheses of the material with nano particle size and high specific surface area Introduce high conductivity materials The reaction mechanism Synthesis of lithium iron phosphate by solgel method The chelant Introduce high conductivity materials Amphiphilic surfactant Conclusion phosphate by co使用