中國粉體網(wǎng)訊 電動(dòng)汽車的心臟是由電池或燃料電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī),。隨著電動(dòng)汽車需求的增加,，對(duì)高品質(zhì)電池的需求也不斷提高。鋰離子電池作為電池技術(shù)發(fā)展的首選,，其正極材料是決定電池性能的關(guān)鍵部件之一,。LiFePO4同時(shí)具有優(yōu)越的熱穩(wěn)定性、高可逆性和可接受的工作電壓(3.45Vvs.Li+/Li),，作為正極性材料具有顯著的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),。此前已發(fā)表文章多采用溶劑熱法制備納米LiFePO4，產(chǎn)物具有良好的電化學(xué)性能,，但該法的產(chǎn)率低,、成本過高，無法實(shí)現(xiàn)規(guī)�,；a(chǎn),。與溶劑熱法相比，水熱法制備LiFePO4成本較低,，但是產(chǎn)物電化學(xué)性能差,。而且，無論溶劑熱還是水熱合成,，由于受到反應(yīng)的局限性（3LiOH + FeSO4 + H3PO4 = LiFePO4 + Li2SO4）,，鋰源的有效利用不超過三分之一。因此,，如何采用水熱法制備具有高性能的納米LiFePO4并且能循環(huán)利用鋰源,，不僅是實(shí)現(xiàn)規(guī)模化水熱法制備納米LiFePO4的技術(shù)難題,，也是一個(gè)重要的科學(xué)問題,。
最近，中國科學(xué)院金屬研究所研究員王曉輝課題組與南京航空航天大學(xué)教授朱孔軍合作，在深入理解LaMer形核生長(zhǎng)機(jī)制的基礎(chǔ)上,，通過減小形核窗口時(shí)間來增大形核速率,，采用微波水熱合成法在純水的合成環(huán)境中制備出納米LiFePO4。同時(shí)利用沉淀劑將濾液中最有價(jià)值的LiOH回收再利用,，鋰源的有效利用率超過了90%,，大幅度降低了生產(chǎn)成本。由該方法制備的納米LiFePO4具有迄今為止最高的產(chǎn)率（1.3mol/L）,，且表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學(xué)性能,，在0.1C倍率下放電比容量為167mAhg-1，3C倍率下充/放電循環(huán)1000次后,，仍能保持初始容量的88%,，可以滿足大規(guī)模儲(chǔ)能的實(shí)際應(yīng)用。該工作率先實(shí)現(xiàn)了高性能納米LiFePO4在純水的合成環(huán)境中的綠色高效合成,，將有力推動(dòng)其規(guī)�,；a(chǎn)。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在近日出版的《綠色化學(xué)》（Green Chemistry, 2018, 20, 5215-5223)雜志上,。
圖1 經(jīng)典的LaMer形核和生長(zhǎng)機(jī)制以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果,。（a）經(jīng)典LaMer機(jī)理，顆粒在溶液中成核和生長(zhǎng)過程中單體濃度變化的示意圖,。（b）三個(gè)具有高斯分布的形核函數(shù),。形核函數(shù)的寬度（）對(duì)應(yīng)形核時(shí)間窗口。（c）微波加熱和油浴加熱兩種加熱模式下的原位溫度與時(shí)間曲線,。（d）由兩種不同的加熱模式制備的LiFePO4沿[100]或[010]方向的尺寸統(tǒng)計(jì)。微波加熱的尺寸為63nm,，而在常規(guī)油浴加熱的情況下,，尺寸為105nm。
圖2 LiFePO4納米晶水熱合成路線及鋰回收示意圖,。以LiOH,、FeSO4和H3PO4為原料制備納米LiFePO4。用Ba(OH)2做沉淀劑與濾液反應(yīng),，隨后進(jìn)行固液分離,，回收LiOH。插圖為L(zhǎng)iFePO4的TEM照片,。
圖3 水熱/溶劑熱合成方法制備LiFePO4單位體積產(chǎn)率的比較,。插圖為本工作中合成的LiFePO4的光學(xué)照片。
圖4 原始的O-LiFePO4/C和回收的R-LiFePO4/C的電化學(xué)性能曲線,。（a）O-LiFePO4/C在0.1–10C不同倍率范圍內(nèi)的典型充放電曲線,。（b）倍率性能。(c)O-LiFePO4/C和R-LiFePO4/C在3C倍率下的長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性。3C對(duì)應(yīng)的充電或放電時(shí)間為20分鐘,。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
