氧化锆珠研磨介质厂家

氧化锆球、氧化锆珠生产批发贸易厂家

氧化锆微珠批发

行业知识

结晶态FePO4在锂电池中的应用

作者:admin日期:2020-02-24阅读
在不同的温度、物质的量比和煅烧时间等条件下,分别制备FePO 正材料,并进行x射线衍射(XRD)测试、准开路电压(QOCV)和恒流充放电(CCV)等电化学测试.经湿法研磨后,结晶态FePO 的充放电容量有很大提高,有良好特性,表明结晶态FePO 可以通过控制颗粒特性提高比容量,可成为成本型锂电池正材料.
近年来,有不少对FePO 作为锂电池正材料的研究。.Prosini等。通过共沉淀法,得到无定形FePO ·1.5HzO,在C/1O的电流密度下,其放电比容量达108mAh·g_。,而晶态产物的放电比容量小.Hong等。研究了无定形FePO 的合成条件,测定不同温度与不同电流密度下的充放电比容量,在17mA·g电流密度时,其比容量可以达到75mAh·g_。.Croce等∞通过湿化学法,制得a一石英晶型(即六方晶型)的FePO ,并加人RuO 使颗粒间形成导电网络,在C/3电流密度下可达到1lOmAh·g-1的比容量.为了解结晶态FePO 的充放电性能,我们进行了以下试验.
1实验
1.1FePO 材料及电池制备
(1)将物质量的比n(Fe):(H。PO )一1:1混合,以超声波搅拌至无气泡产生.在95℃下烘干,并用不同温度在马弗炉中煅烧24h.同时,还进行(Fe):(H。PO )一1:1.O5和1:0.9及不同煅烧时间(12h和24h)的试验.
(2)将煅烧产物分两部分.一部分直接进行各种测定,另一部分先在行星研磨机中湿磨后,再进行各种测定.湿磨时,加人导电剂AB(AcetyleneBlack,乙炔碳黑)和丙酮,即”z(FePO4):m(丙酮):m(AB)一1:1:1.
(3)正片制备.按rn(FePO4):m(AB):m(PTFE)一70:25:5的比例在电动研钵中混合均匀3种物质,取出后辊压成片,用冲孔器冲出直径10mm,厚度0.3mm左右的圆片作扣式电池正.
(4)电池装配.装配工作在充人纯氩气的手套箱中进行.其中,前面所述圆片为正,上下以网状集流体焊接于外壳内侧;以直径10mm金属锂箔为负;电池隔膜为聚丙烯多孔隔离(Celguard);电解质为1.0mol·L 的LiPF 溶液;溶剂为(碳酸乙酯):V(碳酸二甲酯)一1:1的混合液.所用电池为CR2O32型,外壳为不锈钢.
1.2测定方法
(1)XRD测定.采用X射线衍射仪(RigakuRINT2100HLR/PC),所用条件为射线源CuKa,管电压5OkV,管电流300mA,扫描速度2o)·min~,扫描范围i0~80(。).
(2)粒度测定.采f{jWinner2000激光粒度测试仪,对湿法研磨前后样品进行粒度测定.
(3)电化学测定.恒流充放电测试的高充电电压为4.5V,放电电压为2.0V(部分样品放电电压为2.5V);准开路电压测试的电流密度为0.1mA·cm~.,放电电压为2.8V,充电高电压为4.8V.
2结果与讨论
2.1FePO4的XRD测定分析
不同温度下煅烧所得FePO 的X射线衍射图,如图1所示。从图1可以看出,在空气中煅烧24h的情况下,温度400℃时所得产物没有出现特征峰,表明产物为无定形物;温度(℃)分别为500,600和700所得到的FePO ,都具有基本相同的结构,都是六方晶型的FePO 。
2。2电化学测试分析
将各煅烧温度下的产物制成电池,进行室温下的电化学测试.图2(a)为未经湿法研磨直接制成电的样品25℃下的恒流充放电曲线.由于FePO 的导电性很,颗粒内部的充放电能力难以得到发挥。未经湿法研磨直接制成电池的样品充放电比容量都很小,2。5V以上放电比容量都小于10mAh·g一,且随着电流密度上升,产物的充放电比容量显著减小。这样小的比容量基本上没有实际意义。经过与导电剂乙炔碳黑在丙酮中湿磨的FePO 的比容量有相当大的提高。图2(b)为研磨后样品的1~3次恒流充放电曲线图。图3为同一样品在2。8~4。5V之问的准开路电压曲线。该样品的头23个的充放电比容量和充放电效率(E),如图4所示。
结晶态FePO4在锂电池中的应用结晶态FePO4在锂电池中的应用(图2)
结晶态FePO4在锂电池中的应用
2.3湿法研磨样品的粒度测试和XRD测试分析
XRD钡4定结果显示,研磨(研磨15h)(研磨介质氧化锆珠)后的六方晶型FePO 特征峰依然存在,但特征峰峰高下降,峰形变宽,如图5所示。研磨后矮杂峰的存在,表明有部分研磨产物成为细颗粒或无定形物.但大部分研磨产物的晶型并未发生改变,粒度有明显减小,这与激光粒度仪的粒度测试结果相符。即当研磨时间(h)分别为0,4,8,12和24时,小于1m的颗粒,其质量分数()分别为6,27,38,48和48。我们制备的结晶态FePO 经湿法研磨后,比容量提高了.在0.5mA·cm 电流密度下,次放电比容量可达到105mAh·g_。,2次之后的可逆充放电比容量约76mAh·g(O.5mA·cm_。,2。O~4。5V,25℃)。湿法研磨之所以能提高FePO 正材料的比容量,主要有以下3个原因。
(1)湿法法研磨造成Fe—PO 粒度减小,使其比表面积大大增加,颗粒中心部分与表面的距离减小.这就使电子电导率和Li离子扩散速率不变的情况下,电可以提供更大的电流.
(2)在湿磨中,FePO 与导电碳黑的混合与接触效果比干磨条件下得到了改善.
(3)原有颗粒表面可能具有玻璃态物质,活性差;研磨产生的大量新表面具有较高活性.
3结束语
制成扣霎式锂电池,测试了恒流充曩放墨电容量、准开路电压和充放电循图’。
环性能.研究了研磨对FePO 粒度,结晶状态和电化学性能的影响,可以得出以下3个结论.
(1)在400~700℃下煅烧24h,温度为400℃时,产物为无定形FePO ;而在500℃以上煅烧时,产物为六方晶型FePO ;温度为500℃时晶粒较小,且仍有无定形物存在;600℃以上煅烧时,产物完全成为六方晶型FePO .
(2)500℃以上温度煅烧所得六方晶型FePO 直接用于制备锂电池正材料时,充放电比容量很小.经与导电碳黑共同进行湿法研磨,使颗粒平均粒径下降,可以显著提高比容量.并且它在23次中未见比容量下降,充放电效率基本上都在98以上.(3)由于机械研磨难以得到粒径分布狭窄的亚微米颗粒,要制备更高比容量的FePO ,应在颗粒特性方面采用更有效的方法进行控制.
结晶态FePO4在锂电池中的应用