欢迎访问 威尼斯手机版娱乐场 官方网站

ENGLISH
  • 阿里巴巴

  • ENGLISH

当前位置:威尼斯手机版娱乐场 > 资讯中心 > 产品资讯
资讯中心

细谈喷雾干燥法制备LiFePO4正极材料的^佳工艺参数

信息来源:威尼斯手机版娱乐场 | 发布日期: 2017-02-05 09:15:26 | 浏览量:117935
关键词:细谈喷雾干燥法制备LiFePO4正极材料的^佳工艺参数

细谈喷雾干燥法制备LiFePO4正极材料的^佳工艺参数

引言

橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO4)相对于Li-CoO2、LiMn2O4等其它锂离子正极材料,具有较高的电化学活性,其理论比容量达170 mAh /g,并且其原料来源广泛,价格低廉、热稳定性好、比能量高、循环性能好、安全性能突出以及对环境^等特点成为锂离子电池正极材料的^[1-2]. 但相对于其它锂离子电池正极材料,LiFePO4振实密度低和低温导电性差,从而成为其广泛应用的重要制约因素. 目前,提高低温导电性主要采用降低颗粒尺寸[3]、碳包覆[4]和离子掺杂[5]来实现,而提高振实密度主要通过形貌控制来实现,即得到球形颗粒.

高温固相法以其工艺简单,制备条件易于控制,便于实现工业化生产而被广泛用于制备LiFe-PO4及LiFePO4 /C 正极材料,但存在所得的正极材料颗粒形状不规则,晶粒尺寸较大,电化学性能不稳定等缺点. 而溶胶凝胶法[6]、水热法[7]、共沉淀法[8]等湿化学法可以使原料达到分子水平的混合,制备温度低,得到的正极材料导电性好、粒度小且分布均匀,但产量小、成本高、振实密度较低. 为了兼顾成本和效率,提高导电性和振实密度,制备出球形LiFePO4 /C 正极材料是一种可行的思路. 喷雾干燥[9]作为制备球形微粉的方法已在食品、医药、电子和材料等领域得到广泛应用,它既有湿化学法能保证组分的均匀性,也能实现生产的连续性. 但以溶液或溶胶为前驱体进行喷雾干燥所得的粉体,易形成空心球体[10],从而不利于粉体材料振实密度的提高,也不利于导电材料的导电性的提高.

本文以溶胶法制备的FePO4为前驱体,用喷雾干燥法来制备实心球形的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、进风温度和蠕动泵转速对粉体形貌的影响.

1 实验部分

1. 1 LiFePO4 /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],再按一定化学计量比称取FePO4·2H2O ﹑ LiOH·H2O ﹑柠檬酸﹑草酸进行球磨.球磨15 h 后,在45℃条件下静置约30 h 使其完全溶解,再稀释成不同固含量的溶液,然后通过实验型喷雾干燥机采用喷雾干燥法制备前驱体粉末.将喷雾干燥所得的前驱体粉末放入气氛炉中进行煅烧,在氩气气氛保护下,以10℃ /min 的升温速率升温至650℃并保温6 h,随炉自然冷却至室温即制得LiFePO4正极材料.

1. 2 样品的测试与表征

1. 2. 1 样品SEM 表征

取适量样品于将其分散在铜座上,并进行真空衍射镀金. 利用扫描电镜( SEM,JEOL JSM -6360LV)观察粉体的微观形貌.

1. 2. 2 样品XRD 表征

利用Empyrean X-射线衍射仪对实验得到的粉体进行物相分析,使用Cu-Kα为辐射源,管压为40 kV,步长为0. 02°,2θ 范围为10° ~ 90°.

2 结果与分析

2. 1 喷雾干燥工艺参数对粉体形貌的影响

2. 1. 1 喷嘴内径对粉体形貌的影响

图1 为不同喷嘴内径喷雾干燥后所得粉体的SEM 照片. 球磨后其固含量为43%,由于喷嘴内径不同,所得到产品的颗粒球形度、大小均有差异,喷嘴内径越小,颗粒大小越均匀,颗粒球形度越好. 这是由于喷嘴内径的平方与雾滴大小呈比例,喷嘴内径越大,雾滴越大,导致颗粒粒径越大. 同时喷雾时造成的雾化角越大,雾化不良,易造成雾滴干燥太快,使得颗粒表面湿度低于颗粒内部湿度,易出现“空洞”现象. 因而^佳喷嘴内径为 = 0. 5 mm.

2. 1. 2 固含量对粉体形貌的影响

不同固含量喷雾干燥后所得粉体的SEM 照片.固含量的差异对制得样品的粉体颗粒的球形度有很大影响. 固含量为5%时,球形颗粒的形度^好. 固含量大于20%时,球形颗粒的形度明显变差,颗粒出现许多坑洼. 固含量越低,越有利于合成颗粒均匀的LiFe-PO4材料. 这是因为料液浓度越高,其粘度也越高,使得喷雾干燥时颗粒成核变大,干燥过程中形成的颗粒粒径就变大,喷雾干燥后所得样品球形度下降,同时,高浓度的料液还容易导致颗粒“团聚”现象的发生.

2. 1. 3 溶解时间对粉体形貌的影响

图3 为不同溶解时间喷雾干燥所得粉体的SEM 照片.溶解时间影响着颗粒的球形度. 溶解时间越长颗粒球形度越好,溶液全溶时颗粒呈饱和的球形状态. 这是由于溶解时间越长,颗粒在溶液内分散的越均匀. 对未完全溶解的溶液进行喷雾干燥时,颗粒成核增大,干燥过程中形成的颗粒粒径也就增大,其球形度下降. 同时还容易出现“团聚”现象.

2. 1. 4 不同进风温度对喷雾干燥的影响

当进风温度为200℃时,样品球形度非常差,随着温度降低,颗粒的球形度均匀,样品规整;当进风温度降低到110℃时颗粒碎片较多且有部分团聚现象,由此可见进风温度偏高或偏低都会导致颗粒球形度差. 这是由于随着进风温度的升高,溶液雾滴中水分蒸发速度增大,雾滴达到饱和的时间缩短,瞬间成核的速率提高,形成球形颗粒的时间减短,颗粒在干燥室内停留的时间相对增加,随着停留时间的延长,颗粒中的水分进一步蒸发,导致颗粒均匀性和颗粒球形度降低;然而过低的进口温度会导致干燥不完全,颗粒之间粘连在一起,影响颗粒的均匀性,因而^佳进风温度为160℃.

2. 1. 5 蠕动泵转速对粉体形貌的影响

看出蠕动泵转速不同时,所得到产品的颗粒球形度有差异,转速为450 mL /h 时,颗粒的球形度很差,升高蠕动泵转速为750 mL /h 时,样品的球形度^佳,继续升高转速,转速升高到900 mL /h 时,颗粒的球形度又变差,由此可见蠕动泵转速偏高或偏低都会影响颗粒球形度. 这是由于随着蠕动泵转速的增大,单位时间内需要干燥的颗粒增多,形成球形颗粒的时间增长,颗粒在干燥室内停留的时间相对减少,易出现干燥不完全的现象;然而过低的蠕动泵转速会导致干燥时间增长,颗粒中的水分进一步蒸发,易出现“空洞”,因而^佳蠕动泵转速为750mL /h.

2. 2 优化工艺LiFePO4 /C 的制备与性能分析

通过上述喷雾干燥工艺参数对LiFePO4 /C 形貌的影响的研究,得到了优化工艺条件:喷嘴内径为 = 0. 5 mm,固含量为5%,溶液完全溶解,进风温度为160℃,蠕动泵转速为750 mL /h.

2. 2. 1 SEM 分析

^佳喷雾干燥工艺条件下制备的前驱体LiFePO4,^佳条件下所得样品是由直径为1 ~ 2 μm 的球形颗粒组成的,粒子间空隙比较小,且这些空隙能被更小粒径的微球填充.^佳喷雾干燥工艺条件煅烧后的LiFe-PO4照片,制备的LiFePO4颗粒形貌较完整,但有很明显的团聚现象,还有待改进.

2. 2. 2 XRD 分析

^佳喷雾干燥条件下,煅烧的后的LiFePO4的XRD 图,与标准图谱比对,可以发现,所合成的样品的晶相为单一的橄榄石型晶体结构,没有出现明显杂质峰,说明所合成的材料纯度较高,而且衍射峰的半峰宽都较窄,说明材料具有良好的结晶性.

3 结论

以合成的FePO4·2H2O 为铁源和磷源,LiOH·H2O 为锂源,柠檬酸﹑草酸为还原剂,用喷雾干燥法成功制备出球形LiFePO4正极材料. 通过喷雾工艺参数对合成LiFePO4前驱体形貌的研究,得出了优化的喷雾干燥参数,即喷嘴内径为= 0. 5 mm,固含量为5%,完全溶解,进风温度为160℃,蠕动泵转速750 mL /h. 经650℃煅烧后,得到单相、球形LiFePO4正极材料.

相关资讯

相关产品

联盟站点 六方氮化硼 喷雾干燥塔 喷雾干燥机 力马包装

版权声明 | 联系电话:(0519) 88968880

Copyright ? 2011-2018 威尼斯手机版娱乐场. All Rights Reserved 苏ICP备16003336号 技术支撑:江苏东网科技 【管理登陆】

XML 地图 | Sitemap 地图