1、背景 

航標(biāo)專(zhuān)用磷酸鐵鋰電池具有價(jià)格低廉、無(wú)毒、不吸潮、熱穩(wěn)定性好、比能量高、循環(huán)性能好、安全性能突出及對(duì)環(huán)境無(wú)污染的特點(diǎn)，理論容量為170mAh/g，工作電壓約為3.45V，是一種新型頗具有潛力的正極材料，受到科研工作者的廣泛關(guān)注。目前磷酸鐵鋰的制備方法主要是固相法，通過(guò)摻雜高導(dǎo)電性能物質(zhì)和優(yōu)化材料顆粒大小可以克服導(dǎo)電性能差而導(dǎo)致材料容量低的不足，近年來(lái)的研究工作主要集中在改善磷酸鐵鋰材料的導(dǎo)電性能方面。航標(biāo)專(zhuān)用磷酸鐵鋰材料的振實(shí)密度低，導(dǎo)致其體積比容量低，制約了該材料的應(yīng)用，通過(guò)其它方法 提高其堆積密度也是該材料能否應(yīng)用的關(guān)鍵。本文通過(guò)液相沉淀法制備了類(lèi)球形的前驅(qū)體NH4FePO4，以此前驅(qū)體合成了高比能量的LiFePO4及摻碳的LiFePO4d/C正極材料，并對(duì)其理化性能和電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。 

2、航標(biāo)專(zhuān)用磷酸鐵鋰電池實(shí)驗(yàn) 

2.1 航標(biāo)專(zhuān)用磷酸鐵鋰電池樣品的制備 

分別以FeSO4·7H20（分析純）為鐵源配制成濃度為1 mol/L的溶液，以NH4H2PO4 為磷源配制成濃度為1mol/L的溶液，及以10mol/L的氨水為原料，以0.5mol/L的檸檬酸為絡(luò)合劑，分別按照一定的速率加入到反應(yīng)器中，控制反應(yīng)器內(nèi)一定的溫度、PH值、攪拌強(qiáng)度和停留時(shí)間，便可得到球形的NH4FePO4.H2O前驅(qū)體沉淀。將合成的前驅(qū)體NH4FePO4·H20洗滌干燥后與摩爾比為L(zhǎng)i：Fe=1.05：1的Li2CO3，（電池級(jí)）混合，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8％的葡萄糖，在高速球磨機(jī)中以無(wú)水乙醇為介質(zhì)球磨6h。將球磨好的樣品置于預(yù)抽真空氣氛高溫爐中進(jìn)行焙燒熱處理，在700～C下恒溫18h，隨爐冷卻可得高密度含碳LiFePO4正極材料樣品，記為A。并用同樣的工藝制備了不加葡萄糖的純LiFePO4樣品，記為B。 

2.2 航標(biāo)專(zhuān)用磷酸鐵鋰電池樣品表征 

用Hitachi S-550型掃描電子顯微鏡（SEM）觀察合成產(chǎn)物的形貌，采用日本理學(xué)D/MAX-PC2200 X射線衍射儀（Cu靶=0．15405nm）對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行物相晶體結(jié)構(gòu)分析，使用Thermo Nicolet的Avatar 360 FTIR紅外光譜儀對(duì)樣品的紅外吸收光譜進(jìn)行測(cè)試。 

2.3 航標(biāo)專(zhuān)用磷酸鐵鋰電池電化學(xué)性能測(cè)試 

試驗(yàn)航標(biāo)專(zhuān)用磷酸鐵鋰電池正極片按質(zhì)量比LiFePO4：乙炔黑：PVDF=85：10：5的比例混合均勻后壓片制成。將制好的電極片于120℃真空干燥24h以上。模擬航標(biāo)專(zhuān)用電池以做好的正極片為正極、金屬鋰片為負(fù)極、celgard2400聚丙烯多孔膜為隔膜，1mol/L，LiPF6的碳酸乙烯酯（EC）和二甲基碳酸酯（DMC）的混合溶液（體積比為=1：1）為電解液。所有電池的裝配過(guò)程均在充滿(mǎn)氬氣的手套箱中進(jìn)行。將試驗(yàn)電池置于新威BTS計(jì)算機(jī)程控充放電測(cè)試儀上進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，電壓區(qū)間為0.2～4.25V，測(cè)試的電流密度分別為0.3 mA/cm2和3mA/cm2 ，約為0.1C和1C。采用PGZ301型電化學(xué)工作站（法國(guó)SAS公司）測(cè)試樣品的交流阻抗。 

3、航標(biāo)專(zhuān)用磷酸鐵鋰電池試驗(yàn)結(jié)果 

前驅(qū)體呈比較規(guī)則的球形狀，樣品LiFePO4／C材料基本呈類(lèi)球形且顆粒度大小一致性較好，平均粒徑在1m左右，純相的LiFePO4樣品外貌規(guī)則性較差，顆粒較大且一致性不好，有團(tuán)聚現(xiàn)象。與其他研究結(jié)果相比，本實(shí)驗(yàn)所合成材料的粒度比較小，說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)中碳較好地包覆在LiFePO4表面，在燒結(jié)過(guò)程中能抑制LiFePO4晶粒長(zhǎng)大，故能得到粒度相對(duì)較小且分布比較均勻的LiFePO4/C材料。正極材料的粒度減小有利于改善其電化學(xué)性能，特別是航標(biāo)專(zhuān)用磷酸鐵鋰電池的大電流充放電性能，同時(shí)對(duì)電池制作工藝也非常有利。 

4、結(jié)論 

通過(guò)沉淀法制備了前驅(qū)體磷酸亞鐵銨，并以此中間體成功合成了高密度LiFePO4正極材料，振實(shí)密度達(dá)1.41g/cm3。通過(guò)SEM、XRD等測(cè)試了樣品的微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)該方法制備的磷酸鐵鋰材料具有完整的橄欖石結(jié)構(gòu)，并具有良好的電化學(xué)性能和循環(huán)使用性能，首次放電比容量可達(dá)144.6mAh/g。該工藝方法簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，合成時(shí)間短、能耗小，容易控制，是一種很有應(yīng)用前景的磷酸鐵鋰制備工藝。