水熱法制備磷酸鐵鋰形貌性能研究

王紅宇　何亮　王浩

摘要：隨著社會發(fā)展進步，科技不斷創(chuàng)新，給于人類便利的同時也帶來了許多環(huán)境問題，為了尋找新的能源或者發(fā)現(xiàn)其材料對環(huán)境友好的性能，我們對磷酸鐵鋰進行了形貌研究，磷酸鐵鋰由于對環(huán)境比較親和，不產(chǎn)生廢物污染原材料可以從多方面渠道獲得。本文將采取水熱法制備磷酸鐵鋰采用X射線衍射（XRD），掃描電子顯微鏡（SEM）設(shè)備進行表征來觀測樣品的形貌特征，并制造出符合人類生產(chǎn)需要的綠色能源材料。

關(guān)鍵詞：磷酸鐵鋰；水熱合成法；形貌

材料是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，隨科技發(fā)展我們正需要不同性能的材料。通過實踐研究表明：決定材料性能的根本因素是材料自身的微觀結(jié)構(gòu)，組成原子間的相互作用，在空間的排布分列和運動規(guī)律，以及原子集合體的形貌特征等有關(guān)。為此我們對磷酸鐵鋰的微觀結(jié)構(gòu)形貌特征進行了研究。

1 實驗

1.1試劑與儀器

一水合氫氧化鋰（LiOH·H2O）分析純（A.R.）上海阿拉丁試劑有限公司，七水合硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）分析純（A.R.）上海阿拉丁試劑有限公司，磷酸（H3PO4）分析純（A.R.）上海阿拉丁試劑有限公司，無水乙醇分析純（A.R.）國藥集團化學(xué)試劑公司。

恒溫磁力攪拌器（DF-101SF），恒溫干燥箱（202-00A），水熱反應(yīng)釜（PPL內(nèi)襯），超聲波清洗機（KQ-50DA），離心機（TGL-16G），電子天平（FA2004）X射線衍射儀（Rigau D/max2500）、，掃描電子顯微鏡（JSM-6010LA）。

1.2LiFePO4微納結(jié)構(gòu)的制備

將可溶性鐵鹽，鋰鹽，酸鹽完全溶解，再按一定比例混合攪拌均勻，在水浴加熱的情況下合成出樣品，具體反應(yīng)式如下：

3LiOH+H3PO4 +FeSO4→LiFePO4 +Li2SO4

分別配置1mol/L的H3PO4溶液，1mol/L的LiOH溶液和0.5mol/L的FeSO4溶液，先取9ml的LiOH溶液緩慢加入到3ml的H3PO4溶液中，并不斷攪拌，然后再混合加入6ml的FeSO4溶液，將混合溶液放置恒溫磁力攪拌器上攪拌10min，呈現(xiàn)墨綠色溶液，將混合溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜內(nèi)，再放入恒溫干燥箱設(shè)定時間，溫度，然后取出用去離子水，無水乙醇進行洗樣數(shù)次，烘干后即得磷酸鐵鋰樣品。然后再對樣品進行表征（XRD，SEM）。

2 結(jié)果與討論

2.1 LiFePO4晶體結(jié)構(gòu)表征

通過與LiFePO4材料標(biāo)準(zhǔn)XRD譜圖進行比對，LiFePO4納米顆粒和圖1的LiFePO4的XRD曲線表現(xiàn)出（200）、（021）、（131）等主要晶面基本與標(biāo)準(zhǔn)卡（JCPD40-1499）的幾個主要峰位吻合，因此可以判定LiFePO4微納粒子合成成功，且?guī)缀鯖]有雜峰出現(xiàn)，合成的微納粒子純度較高。

如圖2（b）所示，在相同時間下（t=10h）溫度在140℃下合成出的樣品呈現(xiàn)不規(guī)則塊狀晶體，并且有較高的團聚現(xiàn)象，顆粒大小不均，分布位置不均出現(xiàn)單層棱形，多層棱形結(jié)構(gòu)，還存在鑲嵌式生長結(jié)構(gòu)；如圖2（a），溫度在150℃下合成出的樣品形貌主要呈現(xiàn)棱形塊狀結(jié)晶，顆粒分布均勻約1μm左右，分布位置均勻，由此可以看出140℃下制得樣品表面不光滑，說明150℃條件下制備的磷酸鐵鋰結(jié)晶性更好，顆粒分布勻稱。

當(dāng)在不同時間（t1=8h，t2=10h）相同溫度（T=150℃），從圖2（d）中可以了解到時間在t1=8h時，樣品形貌不均一，且相互重疊生長，出現(xiàn)多層棱形形貌，顆粒不規(guī)整，尺寸大小分散；而在圖（c）中時間t2=10h時樣品顆粒分布較較均勻，產(chǎn)生團聚現(xiàn)象，顆粒尺寸相對均勻，大多為棱形結(jié)晶相對規(guī)整表面光滑性能較好.

3 結(jié)論

根據(jù)以上分析可以得出水熱法制備LiFePO4材料時，反應(yīng)時間對產(chǎn)物的純度有著很大影響，在反應(yīng)時間一定時，反應(yīng)時間為10h合成出來的樣品更符合標(biāo)準(zhǔn)，表面平滑，顆粒尺寸分布均一，位置均勻，形貌規(guī)整，得到的LiFePO4樣品純度較高。而反應(yīng)不足10h的合成樣品中含有大量雜質(zhì)，與標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)物相差甚遠。

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