LiFePO4的制备及工艺研究

梁曼

摘 要 由于LiFePO4具有原材料资源丰富，价格低廉，高温稳定性较好、循环性能良好、环保等优点，是应用较为广泛的锂离子电池正极材料之一，但由于LiFePO4存在电导率低及锂离子扩散速率慢等缺点，其在电池行业的发展.受到制约，LiFePO4的制备方法在一定程度上会影响其电化学性能，LiFePO4的制备方法主要有高温固相法、碳热还原法、水热法、共沉淀法，本文就LiFePO4的制备方法进行了综述。

关键词 LiFePO4;正极材料;锂离子电池;制备

由于LiFePO4具有原材料资源丰富，价格低廉，高温稳定性较好、循环性能良好、环保等优点，是应用较为广泛的锂离子电池正极材料之一，但因其自身特点，主要存在以下缺点：①电导率低，不利于可逆反应，特别是高倍率放电的进行;②锂离子的扩散速度慢。LiFePO4的制备方法在一定程度上会影响其电化学性能。

1LiFePO4的制备方法

LiFePO4的合成方法主要有高温固相法、碳热还原法、水热法、共沉淀法。

1.1 高温固相法

谢辉[2]等人采用化学性质更稳定、价格更低的Fe2O3为原料，同时采用环氧树脂对反应前驱体进行包覆的方法，在高温下通过固相还原反应制备了LiFePO4/C复合材料，考察了缎烧温度对其晶体结构、表观形貌和电化学性能的影响，并对其在过充、过放电条件下的充放电特性进行了研究。研究结果表明，煅烧温度对材料的电化学性能有较大影响，在700°C煅烧所得产物为单一的橄榄石型晶体结构，粒径分布较均匀，且具有良好的电化学性能以0.1C倍率进行充放电，其首次放电容量为150.3mAh/g，充放电循环20周后，容量保持率达99.2%以1.0C、2.0C倍率进行充放电，其首次放电容量分别为131.4和122.1mAh/g。其在过充条件下的电性能也佳，过充后还能继续放电，但在过放电条件下，其电性能迅速劣化[1]。

1.2 碳热还原法

刘吉云[3]等人以一种流变相方法制备前驱体，并通过碳热还原法合成LiFePO4/C材料，采用柠檬酸包覆LiFePO4使热解碳与LiFePO4颗粒结合更加紧密，具有较高的振实密度和良好的电化学性能。结果表明，其振实密度为1.45g/ml，室温下材料在电流密度85mA/g（0.5C）时，首次放电比容量为139.4mAh/g.，循环20次保持在136.3mAh/g.

1.3 水热法

庄大高[4]等人将分析纯原料FeSO4、H3PO4和LiOH按摩尔比1∶1∶3配料。将LiOH溶解于去离子水中以后，先加入H3PO4，并搅拌使其充分反应。然后，再加入FeSO4，搅拌1min后，放入密封反应釜中。在不同实验温度下保温一定时间后进行水热合成反应。自然冷却后，收集反应釜中的固体粉末，经多次洗涤过滤后，于120℃下真空干燥1h，得到相应产物。X射线衍射和SEM分析结果表明，当实验温度为120～150℃，时间为5～15h时，随反应温度的提高和反应时间的延长，LiFePO4从不规则的纳米颗粒团聚体逐渐生长为厚200nm、长800nm左右的规则矩形薄片。研究发现，在合成过程中，首先合成中间产物Li3PO4，然后与Fe2+反应形成LiFePO4。水热合成产物经550℃聚丙烯裂解碳包覆处理后，以0.05C充放电，可逆电容量达到163mA·h·g–1，以0.5C充放电，可逆电容量达到144mA·h·g–1。

1.4 共沉淀法

徐云龙[5]等人以有机表面活性剂聚乙二醇（PEG）为碳源，采用共沉淀法-微波法合成了锂离子电池正极材料LiFePO4/C，探讨了微波烧结时间对样品结构和性能的影响。结果表明，微波烧结9min的样品为单一的橄榄石晶体结构和较好的电化学性能，在室温下，以0.1C、0.2C和1C进行充放电，首次放电比容量分别达到154 mAh/g、139.7 mAh/g和123.9 mAh/g，循环20次后保持在152.3 mAh/g、134.3 mAh/g和118.5 mAh/g。采用微波法合成 LiFePO4/C正極材料，相比常规烧结法可以显著地缩短合成周期、节省能耗。

2展望

LiFePO4作为新一代动力型锂离子电池正极材料有显著的优点，但由于其电子电导率和离子电导率低，使其在电动工具中的大规模应用受到限制;为了提高该材料的性能，目前需要在合成方法上进行深入研究。

参考文献

[1] 谢辉，周震涛.高温固相还原法合成LiFePO4/C正极材料及其电化学性能[J].无机化学学报，2007，22（4）：631-636.

[2] 刘吉云，韩恩山，朱令之，等.高振实密度LiFePO4/C材料[C].第28届全国化学与物理电源学术年会.第28届全国化学与物理电源学术年会论文集.广州：国化学与物理电源行业协会，2009：224-225.

[3] 庄大高，赵新兵，曹高劭，等.水热法合成LiFePO4的形貌和反应机理[J].中国有色金属学报，2005，15（12）：2034-2039.

[4] 徐云龙，马红彦，陶丽丽，等.共沉淀-微波法合成LiFePO4/C正极材料[J].化工新型材料，2008，36（2）：21-24.

[5] 张震，钟松材.溶胶凝胶法制备锂离子电池正极材料LiFePO4[C].第28届全国化学与物理电源学术年会.第28届全国化学与物理电源学术年会论文集. 广州：中国化学与物理电源行业协会，2009：156-157.