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粒徑分布對LiFePO4 振實(shí)密度的影響

發(fā)布時(shí)間:2015-02-04  新聞來源:綿陽市涪城區(qū)力田磁電科技有限公司-密度儀廠家

粒徑分布對LiFePO4 振實(shí)密度的影響
LiFePO4 的振實(shí)密度與顆粒的粒徑之間存在著密切的聯(lián)系,研究表明[20],納米級(jí)別的LiFePO4 振實(shí)密度一般較低,而微米級(jí)別的LiFePO4 具有較高的振實(shí)密度。曹寅等[21] 利用控制結(jié)晶法制備了粒徑約為1,5,10 μm 的球形FePO4,以此為前驅(qū)體通過碳熱還原法合成了小、中、大三種不同粒徑的球形LiFePO4正極材料,它們的振實(shí)密度分別為1.09, 1.65,2.03 g/cm3。合成的材料較好地保持了球形形貌。小粒徑的樣品的振實(shí)密度不高,但不同倍率下質(zhì)量比容量最優(yōu),0.1C,0.5C 和1.0C 充放電電流下分別為160.6,149.4 和141.8 mAh/g。而中粒徑的樣品具有最高的體積比容量,0.1C,0.5C 和1.0C 倍率下分別對應(yīng)為230.4 ×10–3 ,192.0 ×10–3 和176.5 ×10–3Ah/cm3。大粒徑的樣品振實(shí)密度雖然最高,但其電化學(xué)性能不佳。
如果由球形顆粒組成的粉體具有理想的粒徑分布,使得小顆粒能盡量填補(bǔ)大顆粒之間的空隙,則可以進(jìn)一步提高其振實(shí)密度,從而有利于提高電池的體積比容量。Zhong 等[22]以無機(jī)Fe2O3 和有機(jī)FeC6H5O7·5H2O 兩種價(jià)廉的三價(jià)鐵化合物為鐵源,
通過固相-碳熱還原法制備了振實(shí)密度達(dá)1.40 g/cm3的LiFePO4/C 復(fù)合材料,在0.1C 下的首次放電比容量為135 mAh/g。而只單獨(dú)用Fe2O3 為鐵源制備的材料振實(shí)密度僅為1.19 g/cm3。研究表明,以無機(jī)鐵源Fe2O3 為原料得到的為微米級(jí)顆粒,而以有機(jī)檸檬酸鐵為原料得到的為納米級(jí)顆粒,兩種顆粒呈多峰的粒徑分布。選擇合適的Fe2O3 和檸檬酸鐵配比的混合鐵源,能夠使小顆粒填充在大顆粒堆積時(shí)所形成的空隙中,有效地提高了振實(shí)密度。
大顆粒的產(chǎn)物振實(shí)密度較高,但由于鋰離子在固體材料中的擴(kuò)散路徑變長,材料的電化學(xué)性能也變差。多孔結(jié)構(gòu)的LiFePO4材料較好地解決了這一矛盾。Qian 等[23]用水熱法合成了含有大量介孔的LiFePO4/C材料,該材料是由許多小的一次納米顆粒和三維孔道構(gòu)成的二次微米級(jí)球狀顆粒,且空隙和顆粒表面都被碳層均勻覆蓋,材料的振實(shí)密度為1.4g/cm3 , 在0.1C 下材料的首次放電比容量達(dá)153mAh/g。Dominko等[24]研究發(fā)現(xiàn),多孔的LiFePO4具有相互連接的三維孔通道,且孔之間的距離是納米級(jí)的,孔隙之間相互連接的三維通道縮短了鋰離子的脫嵌距離;且多孔材料這種獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu),使材料具有更大的比表面積,可使材料與電解液充分接觸,增大了鋰離子的擴(kuò)散面積,提高了鋰離子的遷移速率,有利于解決LiFePO4擴(kuò)散系數(shù)小所導(dǎo)致的電化學(xué)性能差的問題。由于制備多孔材料時(shí)得到的都是尺寸較大且形貌良好的顆粒,所以多孔材料在保證了材料有較高振實(shí)密度的同時(shí),也能具有良好的電化學(xué)性能。

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