东森游戏平台:谈谈喷雾干燥法制备的LiFePO4正极材料的最佳工艺参

2018-12-22 10:18 | 作者:超超 |

具有橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO4)比Li-CoO2、LiMn2O4等锂离子正极材料具有更高的电化学活性,其理论比容量为170mAh / g,原料广泛,价格低廉。、热稳定性好、高于能量、循环性能、安全性能且对环境无污染成为锂离子电池正极材料的首选[1-2]。但与其他锂离子电池正极材料相比,LiFePO4振实密度低,低温导电性差,已成为其广泛应用的重要制约因素。目前,低温导电率的提高主要是通过减小粒径[3]、碳涂层[4]和离子掺杂[5],以及改善振动来实现的。固体密度主要东森游戏平台:通过形态控制实现,即获得球形颗粒。

高温固相法因其工艺简单,易于控制制备条件,易于工业化生产而广泛用于制备LiFe-PO4和LiFePO4 / C正极材料。然而,所获得的阴极材料具有不规则的颗粒形状和大的晶粒尺寸。电化学性质不稳定,溶胶 - 凝胶法[6]、水热法[7]、共沉淀法[8]等湿化学法可使原料达到分子水平混合,制??备温度低得到的正极材料具有良好的导电性。、粒径小,分布均匀,但输出小。、成本很高。、具有低抽头密度。为了平衡成本和效率,提高导电率和振实密度,制备球形LiFePO4 / C正极材料。可行的想法。喷雾干燥[9]作为制备球形微粉的方法已广泛应用于食品、药物、电子和材料等。它具有湿化学方法,以确保组分的均匀性和连续生产。然而,通过用溶液或溶胶作为前体喷雾干燥获得的粉末倾向于形成空心球[10],这不利于提高粉末材料的振实密度。不利于提高导电材料的导电性。

本文以溶胶法制备的FePO4为前驱体,采用喷雾干燥法制备了固体球形LiFePO4正极材料。主要研究喷雾工艺参数,如喷嘴内径、固含量、溶解时间、进气温度和蠕动泵速度对粉末形态的影响。

1个实验部分

1.1LiFePO4 / C样品的制备

本文采用共沉淀法制备的FePO4?2H2O作为前驱体[11],然后按一定的化学计量比称量FePO42H2O,LiOHH2O,柠檬酸和草酸。球磨15小时后,将其在45℃下放置约30小时。将其完全溶解,然后稀释成不同固体含量的溶液,然后通过喷雾干燥法通过实验喷雾干燥器制备前体粉末。将通过喷雾干燥获得的前体粉末置于气氛炉中进行煅烧,并在氩气氛下保护。接下来,以10℃/ min的加热速率将温度升至650℃并保持6小时,并通过自然冷却至室温制备LiFePO 4阴极材料。1.2样品的测试和表征

1.2.1样品SEM表征

东森游戏平台:谈谈喷雾干燥法制备的LiFePO4正极材料的最佳工艺参数

将适量的样品分散在铜座上并进行真空衍射镀金。通过扫描电子显微镜(SEM,JEOL JSM-6360LV)观察粉末的微观形态。

1.2.2样品XRD表征

通过Empreyan X射线衍射仪分析通过实验获得的粉末,并使用Cu-K作为辐射源。管压为40kV,步长为0.02,2的范围为10至90。

2结果与分析

图1是喷雾干燥不同喷嘴内径后得到的粉末的SEM照片。球磨后,固体含量为43%。由于喷嘴的内径不同,所得产品的颗粒球形度在尺寸、上不同。喷嘴的内径越小,颗粒尺寸越小。颗粒球形度越均匀,球形度越好。这是因为喷嘴内径的平方与液滴的大小成比例。喷嘴的内径越大,液滴越大,这导致更大的颗粒尺寸。同时,喷涂引起的雾化角度越大。雾化不良,容易造成液滴干燥过快,使颗粒的表面湿度低于颗粒的内部湿度,而且容易出现空洞现象。因此,最佳喷嘴内径为= 0.5mm。

2.1.2固体含量对粉末形态的影响

用不同固体含量喷雾干燥后得到的粉末的SEM照片。固体含量的差异对样品粉末颗粒的球形度有很大影响。当固体含量为5%时,球形颗粒的形状是最佳的。固体含量当其大于20%时,球形颗粒的形状明显变差,并且颗粒中出现许多凹坑。固体含量越低,具有均匀颗粒的LiFe-PO4材料的合成越有利。液体浓度越高,粘度越高。高,喷雾干燥时颗粒的成核变大,干燥过程中形成的颗粒的粒径变大,喷雾干燥后得到的样品的球形度降低,同时,高液体溶液的浓度容易导致颗粒聚集现象。

图3是通过在不同溶解时间喷雾干燥获得的粉末的SEM照片。溶解时间影响颗粒的球形度。溶解时间越长,颗粒的球形度越好,并且当溶液完全溶解时颗粒以球形状态饱和。这是由于溶解时间。颗粒分散在溶液中的时间越长,颗粒越均匀。当喷雾干燥溶液时,颗粒的成核增加,在干燥过程中形成的颗粒的颗粒尺寸增加,并且球形度降低。有团聚的现象。

当入口空气温度为200°C时,样品的球形度非常差。随着温度降低,颗粒的球形度均匀并且样品是规则的。当入口空气温度降至110℃时,颗粒碎片更多并且部分地聚集。可以看出,高或低入口空气温度将导致颗粒的球形度变差。这是因为随着入口空气温度升高,溶液液滴中水的蒸发速率增加,液滴达到饱和的时间缩短,并且成核是瞬时的。速率增加,形成球形颗粒的时间缩短,并且颗粒停留在干燥室中的时间相对增加。随着停留时间的延长,颗粒中的水分进一步蒸发,导致颗粒的均匀性和颗粒的球形度;但是,进样口太低了。温度会导致干燥不完全,颗粒粘在一起,影响颗粒的均匀性,因此最佳入口空气温度为160°C。可以看出,当蠕动泵的旋转速度不同时,所得产品的颗粒的球形度不同。当转速为450mL / h时,颗粒的球形度非常差。当蠕动泵的转速为750mL / h时,样品的球形度最佳。继续提高速度,当速度增加到900mL / h时,颗粒的球形度会变差,因此可以看出蠕动泵的高速或低速会影响颗粒的球形度。这是由于蠕动泵的转速增加。每单位时间需要干燥的颗粒量增加,形成球形颗粒的时间增加,颗粒停留在干燥室中的时间相对减少,并且容易发生不完全干燥的现象。然而,过低的蠕动泵速度导致干燥时间增加,并且颗粒在颗粒中。水进一步蒸发,容易产生空隙,因此最佳蠕动泵速度为750mL / h。

通过研究上述喷雾干燥工艺参数对LiFePO4 / C形貌的影响,得到了优化的工艺条件:喷嘴内径= 0.5mm,固含量为5%,溶液为完全溶解后,入口空气温度为160℃,并使用蠕动泵。速度为750mL / h。

2.2.1 SEM分析

在最佳喷雾干燥条件下制备的前体LiFePO4由在最佳条件下直径为1-2μm的球形颗粒组成。粒子间空隙相对较小,这些空隙可以用较小粒径的微球代替。填充。煅烧后LiFe-PO4的最佳喷雾干燥工艺条件,制备的LiFePO4颗粒具有完整的形貌,但存在明显的团聚现象,需要加以改进。

2.2.2 XRD分析

在最佳喷雾干燥条件下,将煅烧的LiFePO4的XRD图与标准图进行比较。可以发现,合成样品的晶相是单一的橄榄石晶体结构,没有出现明显的杂质峰。该材料纯度高,衍射峰半宽窄,表明该材料具有良好的结晶度。

3个结论

合成的FePO42H2O用作铁源和磷源,LiOHH2O用作锂源,柠檬酸和草酸用作还原剂。采用喷雾干燥法成功制备了球形LiFePO4正极材料。通过喷涂工艺参数研究了合成的LiFePO4前体的形态。得到优化的喷雾干燥参数,即喷嘴内径= 0.5mm,固含量5%,完全溶解,进气温度160℃,蠕动泵速度750mL / H。在650℃下煅烧后,获得单相。、球形LiFePO4正极材料。



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