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一文看懂磷酸铁锂的合成方法

自20世纪90年代末期以来,橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)正极材料的研究引起广大研究者的关注,有望成为新一代首选可替代LiCoO2的锂离子电池正极材料,特别是作为动力锂离子电池正极材料。

橄榄石型磷酸铁锂的合成方法包括共沉淀法、固相合成法、水热/溶剂法、溶胶/凝胶合成法、微波合成以及其它方法。

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固相合成法是最早用于磷酸铁锂合成的方法,通常采用碳酸锂、氢氧化锂为锂源,醋酸亚铁、草酸亚铁等有机铁盐以及磷酸二氢铵等的均匀混合物为起始物,经预烧和研磨后高温合成。

共沉淀法制备超细氧化物由来已久,其具体过程是将适合的原材料溶解后,加入其他化合物以析出沉淀,干燥、焙烧后得到产物。由于溶解过程中原料间的均匀分散,故共沉淀的前体可实现低温合成。但是由于共沉淀法自身的特点,前驱物沉淀往往在瞬间产生,各元素的比例往往难于控制。经过焙烧后,很可能会导致产物中各元素的非化学计量性。

微波合成法是近年发展过来的陶瓷材料的制备方法,目前已有人将该法应用于制备磷酸铁锂。

溶胶凝胶法是较为常见及常用的一种方法。但用此方法制备LiFePO4却不多见,原因主要是LiFePO4对合成过程中的气氛有特殊的要求。

水热合成是指温度为100-1000度、压力为1MPa-1GPa条件下利用水溶液中物质化学反应所进行的合成。在亚临界和超临界水热条件下,由于反应处于分子水平,反应性提高,因而水热反应可以替代某些高温固相反应。 又由于水热反应的均相成核及非均相成核机理与固相反应的扩散机制不同,因而可以创造出其它方法无法制备的新化合物和新材料。

水热合成法也是制备磷酸铁锂较为常用的一种方法。与高温固相方法相比,利用水热方法LiFePO4具有产物纯度高、物相均一、分散性好、粒径小以及操作简便等优点。

溶剂热法则是水热反应的发展。该过程相对简单而且易于控制,并且在密闭体系中可以有效的防止有毒物质的挥发和制备对空气敏感的前驱体。另外,物相的形成、粒径的大小、形态也能够控制,而且,产物分散性较好。

在溶剂热条件下,溶剂的性质(密度、粘度、分散作用)相互影响,变化很大,且其性质与通常条件下相差很大,相应的,反应物(通常是固体)的溶解、分散及化学反应活性大大的提高或增强。这就使得反应能够在较低的温度下发生。

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