LiFeNiPO4的性能探讨研究(2)
参考文献 37LiFexNi1-xPO4正极材料的水热法制备
1.3..1 引言
由于LiFePO4原材料成本低、环境友好、Fe资源储备充沛、良好的热稳定性及优越的循环性能，成为最有应用潜力的下一代锂离子电池正极材料。然而LiFePO4低的电子电导率和离子电导率阻碍了其的开发及应用。为了解决 LiFePO4的这一缺陷，材料学者们进行了大量的研究，发现金属离子掺杂能很好地改善 LiFePO4的电子电导率和离子电导率，如Co2+[25]、Ti4+[26]、Al3+[27]、Mg2+[28]等金属离子掺杂。
Ni元素与Fe元素是同属过渡族元素，具有相似的特性，并且Ni2+半径为0.69 Å，Fe2+的半径为0.74 Å。掺杂一定量的Ni2+会造成LiFePO4的晶格发生适当变形，给Li+的迁移提供了更好的迁移通道。
1.3.2 LiFexNi1-xPO4粉体制备
水热法制备LiFexNi1-xPO4的工艺与水热法制备LiFePO4的工艺图相似，如图1.4所示。首先用容量瓶制备500ml的1.3g/L的抗坏血酸溶液。然后将铁盐、镍盐、磷酸盐及锂盐按照原子计量比进行称量、配料（Li：Fe：Ni：P=3：ε：1-ε：1，ε∈[0,1]）。本实验采用的铁盐、磷酸盐及锂盐分别为FeSO4•7H2O、NiSO4•6H2O、H3PO4和LiOH•H2O。取 40~60ml1.3g/L的抗坏血酸溶液，将溶液一分为二，分别置于两台磁力搅拌器上，其中一部分加入适量FeSO4•7H2O和NiSO4•6H2O，待铁盐与镍盐溶解，再加入适量的H3PO4溶液；另一部分加入适量LiOH•H2O，待锂盐溶解。将这两部分混合，获到悬浊的混合液，迅速将混合液体转移到密闭的聚四氟乙烯水热釜中，设定一定时间及温度，发生水热反应。反应结束后，采用自然冷却、抽滤、真空干燥，用乙醇及丙酮洗涤，最终收集，得到LiFexNi1-xPO4粉体。
图1.4 水热法制备LiFe1-xNixPO4的工艺图
1.3.3 高温煅烧
将水热法合成的 LiFexNi1-xPO4粉体放置在管式炉中，以N2为保护气氛，900℃煅烧5h，最后冷却得到LiFexNi1-xPO4粉体。
1.3.4 实验设备
实验室目前能够提供的测试仪器有：
（1）循环水式多用真空泵：SHB-III
（2）热处理设备：箱式电阻炉，型号SX-4-10，额定功率4kW
（3）日本理学DMAX-B型X射线衍射仪
（4）扫描电镜：JEM-2100F
（5）电化学工作站：CHI-660
1.4 文献综述的目的及意义
LiFePO4作为锂离子电池正极材料具有比容量高、合成原料价格低廉、环境友好、循环性能及安全性能优良等优点。是下一代锂离子电池正极材料的首选。然而导电性（电子导电性和离子导电性）差和 Li+的扩散速率低、高倍率充放电性能差阻碍了LiFePO4的应用。
为了提高 LiFePO4的导电性、Li+的扩散速率及高倍率充放电的性能，采用热处理及Ni掺杂对LiFePO4进行改性研究。
采用水热法制备了一系列的 LiFe1-xNixPO4，并对LiFe1-xNixPO4进行了热处理。采用 XRD、FSEM 及 EDAX 测试分析，确定结晶性最好、纯度最高和颗粒粒径最小的正极材料。综合分析了其电化学性能，并解释了Li+扩散系数改变的原因。
2 实验设备和药品
2.1 实验设备及设备简介
2.1.1 真空干燥箱
图2.1 真空干燥箱
型号:DZF6050 温度（℃）：250 功率KW ：1.3 电源电压（V）：220 工作室尺寸深宽高：（mm）370×415×345
（1） 真空烘箱描述
真空烘箱广泛应用于生物化学，化工制药、医疗卫生、农业科研、环境保护等研究应用领域，作粉末干燥、烘培以及各类玻璃容器的消毒和灭菌用。特别适合于对干燥热敏性、易分解、易氧化物质和复杂成分物品进行快速高效的干燥处理。