正极材料磷酸铁锂的二次掺碳改性研究(2)

唐瑛材等:正极材料磷酸铁锂的二次掺碳改性研究

3.2 热重分析

图1为碳酸锂、磷酸二氢铵和草酸亚铁,按化学计量比混合原料的热重曲线图。从图1中可以看出,从0~159 有较平缓的失重过程,对应有2.24%的质量损失,主要是自由水、结晶水的挥发过程,从159~378 是一个较集中的失重过程,对应有44.35%的质量损失,主要是NH3、CO、CO2的挥发过程,从400 开始基本进入恒重阶段,到700~800 有吸热反应,可能是晶体长大过程。因此,预烧温度选择380 ,烧结温度选择720

。

图1 混合原料的TG图

Fig1TGcurvesforLiFePO4mixture

3.3 XRD分析

A1、A2、A3、A4、A5、A6的X射线衍射图谱见图2。从图2中可以看出各样品均为单一的晶型完好的橄榄石结构(PDF40-1499),衍射图中各个样品峰位对应整齐,衍射峰尖锐,峰强较高,背底平整,说明材料具有良好的结晶性能。此外,从XRD衍射图中并未发现结晶碳的衍射峰,说明掺入的碳是无定形结构,对磷

酸铁锂的橄榄石晶型没有影响。

图2 不同比例掺碳的XRD图

Fig2XRDpatternsofcarboncoatedLiFePO4samples3.4 SEM分析

图3给出了不同样品的SEM图,从图3(a)中可以看出,未掺碳的样品A1中颗粒团聚严重,已出现板结,并且颗粒形状不规则,粒径不均匀,颗粒大小为1~3 m之间。一次掺碳的样品A2中,团聚现象依然存在,但已有所改善,尽管仍有二次颗粒,但颗粒尺寸变小,颗粒大小在1 m左右,已能看出较小的碳粒附着在颗粒表面,这说明碳掺杂能阻止晶粒的长大。从二次掺碳的样品A3、A4、A5、A6的照片中可以看出,晶粒大小均在1 m以下,形状规整,都为类球状,且颗粒圆滑,能非常清晰地看出碳在颗粒表面的分布以及在颗粒之间的分布,进一步的掺碳不仅能有效地阻止大颗粒生成,同时还能缩短颗粒之间的距离[13]。二次掺碳较一次掺碳而言,碳颗粒能更好包覆在磷酸铁锂表面,从而改善材料性能。A4、A5较A2、A3而言,颗粒尺寸更小,颗粒间的碳层接触更加清晰。但是掺碳过多,会使颗粒之间的间隙增大,颗粒疏松,从而降低

材料的振实密度。

图3 不同比例掺碳的扫描电镜图

Fig3SEMimagesofC-dopedLiFePO4withdifferentratio