1、固相法
(1)高溫固相反應(yīng)法
首先,固相反應(yīng)在固體材料的高溫過程中是一個普遍的物理化學(xué)現(xiàn)象,廣義地講,凡是有固相參與的化學(xué)反應(yīng)都可稱為固相反應(yīng)。例如固體的熱分解、氧化以及固體與固體、固體與液體之間的化學(xué)反應(yīng)等都屬于固相反應(yīng)范疇之內(nèi)。但從狹義上,固相反應(yīng)常指固體與固體間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新的固體產(chǎn)物的過程。
而高熱固相反應(yīng)是反應(yīng)溫度高于600 ℃的固相反應(yīng)。高溫固相反應(yīng)只限于制備那些熱力學(xué)穩(wěn)定的化合物,而對于低熱條件下穩(wěn)定的介穩(wěn)態(tài)化合物或動力學(xué)上穩(wěn)定的化合物不適于采用高溫合成。
固相反應(yīng)是指固態(tài)物質(zhì)直接參加的反應(yīng),反應(yīng)的特點(diǎn)是速度較慢,固體質(zhì)點(diǎn)間鍵力大,其反應(yīng)速率也降低。固相反應(yīng)是通過固體原子或離子的擴(kuò)散和運(yùn)輸完成的。首先是在反應(yīng)物組分間的接觸點(diǎn)處發(fā)生反應(yīng),然后逐漸擴(kuò)散到物相內(nèi)部進(jìn)行反應(yīng),因此反應(yīng)過程中反應(yīng)物必須相互充分接觸且反應(yīng)需在高溫下長時間地進(jìn)行。因此,將反應(yīng)物研磨并充分混合均勻,可增大反應(yīng)物之間的接觸面積,使原子或離子的擴(kuò)散輸運(yùn)比較容易進(jìn)行,以增大反應(yīng)速率。
(2)碳熱還原法
碳熱還原法也是固相法中的一種,是比較容易工業(yè)化的合成方法,以廉價的三價鐵作為鐵源,通過高溫還原的方法制備覆碳的磷酸鐵鋰復(fù)合材料。多數(shù)研究以磷酸二氫鋰 (LiH2PO4)、三氧化二鐵(Fe2O3)或四氧化三鐵、蔗糖為原料,均勻混合后,在高溫和氬氣或氮?dú)獗Wo(hù)下焙燒,碳將三價鐵還原為二價鐵,也就是通過碳熱還原法合成磷酸鐵鋰。
Mich等以FePO4•4H2O和LiOH•H2O為原料,聚丙烯為還原劑,在氮?dú)夥障?/span>500~800℃處理10h,合成的覆碳材料在0.1C及0.5C倍率下首次放電比容量分別為160mA•h/g和146.5mA•h/g。
張寶等采用改進(jìn)的碳熱還原法,即以FeSO4•7H2O和NH4H2PO4為原料,采用液相沉淀法制備FePO4前驅(qū)體,然后將前驅(qū)體、Li2CO3及導(dǎo)電碳黑混合均勻,在Ar氣的保護(hù)下分別在500、560、600、700和800℃下煅燒12h,合成磷酸鐵鋰。研究表明,560、600、700和800℃合成的樣品均為磷酸鐵鋰/C,磷酸鐵鋰顆粒粒徑隨合成溫度的升高而逐漸增大。560℃樣品在放電倍率為0.1C時的首次放電比容量為151mA•h/g(0.1C),而當(dāng)放電倍率達(dá)到1C時,放電比容量為129mA•h/g,且具有良好的循環(huán)性能。
(3)脈沖激光沉積法
Iriyama等首先使用固相合成方法制備出磷酸鐵鋰,然后將材料壓片后在A r中800℃煅燒24h,使用常規(guī)的脈沖激光沉積系統(tǒng)得到薄層的磷酸鐵鋰,具有良好的循環(huán)性能,循環(huán)100周后容量保持初始容量的90%。
Sauvage等通過研究不同厚度磷酸鐵鋰薄膜的電化學(xué)性能,他們發(fā)現(xiàn)離子電導(dǎo)率是限制薄膜電極的主要因素。該方法是一種制備薄膜電極的方法,但是需要特殊的設(shè)備。
2、液相法
(1)溶膠-凝膠法
溶膠-凝膠法就是用含高化學(xué)活性組分的化合物作前驅(qū)體,在液相下將這些原料均勻混合,并進(jìn)行水解、縮合化學(xué)反應(yīng),在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系,溶膠經(jīng)陳化膠粒間緩慢聚合,形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠,凝膠網(wǎng)絡(luò)間充滿了失去流動性的溶劑,形成凝膠。凝膠經(jīng)過干燥、燒結(jié)固化制備出分子乃至納米亞結(jié)構(gòu)的材料。
(2)水熱合成法
水熱法是指在高溫高壓下,在水或者蒸汽等流體中進(jìn)行的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的總稱。水熱技術(shù)有兩個特點(diǎn):一是其相對低的溫度,二是在封閉容器中進(jìn)行,避免了組分揮發(fā)。
水熱合成法屬于濕法范疇,它是以可溶性亞鐵鹽、鋰鹽和磷酸為原料,在水熱條件下直接合成 磷酸鐵鋰,由于氧氣在水熱體系中的溶解度很小,水熱體系磷酸鐵鋰的合成提供了優(yōu)良的惰性環(huán)境。
張俊玲以量LiOH•H2O、FeSO4•7H2O、H3PO4為原料,加入少量的表面活性劑(預(yù)計產(chǎn)物量的2wt%),置于密封的釜體中升溫至180℃保溫4h,然后以預(yù)定降溫速度進(jìn)行冷卻降溫至100℃以下,過濾、洗滌,樣品于120℃下真空干燥2h,將所得粉體與15%葡萄糖混合,放入管式爐,N2保護(hù)下600℃保溫2h,得碳包裹的磷酸鐵鋰/C復(fù)合材料。結(jié)果表明,在30℃的環(huán)境溫度下,材料0.2C、1C和5C首次充放電比容量分別為157、152和136mA•h/g,經(jīng)過35次5C倍率充放電循環(huán)后,比容量無衰減。
(3)溶劑熱合成法
溶劑熱合成法與水熱合成法相對應(yīng),是用有機(jī)溶劑或水和有機(jī)溶劑的混合物代替水做介質(zhì),采用類似水熱合成的原理。
甘暉等以溶劑熱方法首次合成了橄欖石相的磷酸亞鐵鋰,并以水熱法為參照。結(jié)果表明,使用溶劑熱方法合成的磷酸亞鐵鋰是球形或多面體狀、橄欖石相,隨著反應(yīng)時間的增加,顆粒逐漸長大;而使用水熱方法合成磷酸亞鐵鋰時,顆粒由纖維狀逐漸成長為菱形。周文彩認(rèn)為,這兩種方法產(chǎn)物的形狀差異可能是由于溶劑熱反應(yīng)體系中較高的壓力抑制了纖維態(tài)晶體的產(chǎn)生。
(4)霧化分解法
霧化分解法是一種獲得小尺寸、規(guī)則形態(tài)的材料的有效方法,即將載氣流通過超聲噴霧的方法通入到高溫(450~650℃)反應(yīng)器中。將Li2CO3、FeC2O4和NH4H2PO4溶解在酸中,再加入一定量的蔗糖就可以得到前軀體,蔗糖作為碳源提供還原性氣氛,空氣作為載氣流。此外,超聲噴霧分解可以制備摻雜金屬的磷酸鐵鋰/C復(fù)合材料。這種方法制備的粉體呈球形但是結(jié)晶程度低,所以在600~900℃弱還原性氣氛中的后期退火是必須環(huán)節(jié),然而,在煅燒過程中的規(guī)則球形會有所改變。
嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的研究方法才能確保研究報告的準(zhǔn)確性和質(zhì)量。《2013-2017年中國磷酸鐵鋰市場及投資分析報告》主要采用的研究方法有:1)普查:我們對磷酸鐵鋰行業(yè)中近百家從業(yè)者進(jìn)行了面訪或電話訪問,獲得最佳一手?jǐn)?shù)據(jù)。 2)跟蹤研究:為確保實(shí)時掌握磷酸鐵鋰行業(yè)動態(tài),我們在此磷酸鐵鋰行業(yè)建立了跟蹤研究機(jī)制,每個月都通過訪問獲得磷酸鐵鋰行業(yè)的發(fā)展動態(tài)。3)政府機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù):我們查詢了磷酸鐵鋰行業(yè)的重點(diǎn)企業(yè)的工商檔案、統(tǒng)計局檔案、海關(guān)進(jìn)出口數(shù)據(jù)等等,獲得較為權(quán)威的信息。4)SOWT分析:應(yīng)用SWOT分析、波特五力分析等方法,我們分析了磷酸鐵鋰行業(yè)及企業(yè)的競爭優(yōu)劣勢以及潛在的威脅及發(fā)展機(jī)會。5)科學(xué)預(yù)測:我們采用回歸分析、時間序列分析、因子分析、組合分析等方法對磷酸鐵鋰的發(fā)展趨勢做出了全的預(yù)測。