最近，中國(guó)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(guò)減小形核窗口時(shí)間來(lái)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(guò)了90%，大幅度降低了生產(chǎn)成本。由該方法制備的納米磷酸鐵鋰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(guò)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。

文章來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院金屬研究所