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噴霧干燥-碳熱還原法制備的正極材料提高電池的綜合性能

更新時(shí)間:2020-02-06 點(diǎn)擊次數(shù):998

采用噴霧干燥-碳熱還原法制備的LiFePO4/C粉體材料具有*的微觀形貌,是噴霧干燥前驅(qū)體由分散均勻的、粒徑10微米左右的皺紋狀前驅(qū)體顆粒組成。

 

在噴霧干燥過程中,霧化的液滴進(jìn)入干燥室后,隨著溶劑的蒸發(fā),當(dāng)液滴表面溶質(zhì)的濃度達(dá)到其臨界飽和濃度時(shí),通過成核生長形成外殼,同時(shí)殼內(nèi)溶液的迅速蒸發(fā),形成空心球形顆粒。然后,隨著干燥塔內(nèi)溫度降低,顆粒內(nèi)部氣壓減小,同時(shí)由于碳黑的存在,導(dǎo)致殼的強(qiáng)度降低而塌陷,形成皺紋狀顆粒。在碳熱還原階段,隨著前驅(qū)體顆粒溫度的上升,碳黑顆粒包覆在LiFePO4表面形成200~700nm的初顆粒,使球殼上產(chǎn)生孔隙。而形成的初級顆粒在范德華力和靜電作用下,保持了原有的球形結(jié)構(gòu),它們之間的堆積孔隙則形成微孔。

 

這種*的微觀結(jié)構(gòu),使材料具有更大的比表面積,能夠讓正極材料與電解液充分接觸,有利于擴(kuò)大Li離子的擴(kuò)散面積,增大Li離子的脫嵌速率,解決了LiFePO4擴(kuò)散系數(shù)小的問題。在后期電池制備過程中,這種球形結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出優(yōu)異的流動(dòng)性和分散性,表面易涂覆等特點(diǎn),沒有明顯的掉粉現(xiàn)象,具有良好的操作性。說明采用噴霧干燥-碳熱還原法制備的多孔隙球形LiFePO4/C正極材料,不僅以3價(jià)Fe為原料降低了生產(chǎn)成本,碳熱還原提供的還原氣氛有利于保持二價(jià)Fe的穩(wěn)定,提高產(chǎn)物純度,而且多余的還原劑碳作為成核劑阻礙了晶粒的聚集長大,控制了產(chǎn)物的形貌,有利于電解液的滲透和Li離子的脫嵌,提高材料的綜合性能。

 

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