钜大LARGE | 点击量：1328次 | 2021年07月17日
谈谈锂离子电池正极材料磷酸铁的脱水问题
脱水是锂离子电池材料永恒的话题，无论是在正、负极材料加工，还是在电极加工过程中都要面对脱水的问题。FePO4材料既是LiFePO4材料的前驱体，又可以单独作为正极材料使用，因此FePO4材料的脱水问题是我们无法回避的难题。
一般来讲磷酸铁的脱水过程重要分为两个部分：第一个部分很简单，重要是为了脱掉材料中的一些自由水，这些水十分容易脱除，温度也较低。
第二个部分就比较困难了，这个部分要脱掉材料中结晶水，这些水分子与磷酸铁材料以化学键的方式结合在一起，要较高的活化能——也就是较高的温度，才能将这部分水完全脱除，但是关于这一过程的反应动力学的研究并不是很多。
磷酸铁的制备一般采用硫酸铁或者其他可溶性铁盐为铁源，以磷酸或者磷酸盐为磷源，以NaOH为PH调节剂，采用共沉淀的办法制得。
实际加工中一般控制PH在1.6-2.0之间，PH过高时则可能析出Fe(OH)3杂质，而PH值过低则会导致Fe3+沉淀不完全。沉淀经过过滤和洗涤后则要进行高温烧结，这个过程重要是有两个目的，首先是脱去FePO4·2H20材料中的水分，其次是为了使FePO4材料晶体充足发育，以保证材料有完整的晶型。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
热重试验发现，在50-223℃范围内，FePO4·2H20材料出现了20.23%的失重，这重要是FePO4·2H20材料中的两个结晶水被脱除，而后随着温度的升高，FePO4材料并没有持续出现失重，因此脱水过程重要是在此过程中完成的。
而在736℃出现了一个放热峰，而并没有出现质量损失，这声明在该温度下，FePO4材料发生了晶型的转变，后续的XRD衍射分解也发现，在700℃下合成的FePO4材料衍射峰较宽，部分特点峰没有出现，说明该温度下合成的FePO4材料晶型发育不够完整，结晶度较差。
将温度提高到800℃时，所有的特点峰均出现，但是特点峰的强度仍旧较低，较宽，声明在该温度下，晶体发育仍旧不完全，当把焙烧温度提高到900℃时可以留意到，此时不仅出现了所有的特点峰，六方晶系的一个特点峰(206)/(302)也已经完全分开了，声明FePO4材料晶型发育完好。
在900℃下，制备的FePO4材料属于六方晶系，晶胞参数为a=0.50330nm，b=0.50330nm，c=1.12470nm，具有α-石英结构，这种结构有利于锂离子嵌入到FePO4材料。
针对FePO4的脱水的动力学研究并不多，FePO4材料脱水机理和动力学研究对磷酸铁材料的加工工艺制定具有紧要的意义。
武汉大学的张梅芳等利用TG-DTG-DTA热分解研究了FePO4·4H20材料的脱水机理和动力学，研究发现FePO4·4H20材料在200℃下出现了两个DTA放热峰和DTG失重速率峰，这声明在脱水过程中至少是一个两步反应，计算声明该反应是一个D4-Fn两步反应，其中D4反应的活化能为79.62KJ/mol，Fn反应的活化能103.04KJ/mol。
研究发现，升温速率对反应中的脱水质量没有影响，只要加热温度达到相应温度就可以将FePO4中的水充足脱除。这对磷酸铁的烧结工艺有紧要的意义。
