脫水(shuǐ)是锂離子電(diàn)池材料永恒的話(huà)題，因為(wèi)锂金屬對水(shuǐ)氣及氧氣具有(yǒu)極高(gāo)的氧化性，因此脫水(shuǐ)是生(shēng)産锂離子高(gāo)分子電(diàn)池基本條件，這不僅是在材料階段，對生(shēng)産環境的要求也同樣苛刻，一般锂電(diàn)池生(shēng)産車(chē)間(jiān)的相對濕度都在1%以下。而锂電(diàn)池中含水(shuǐ)量過多(duō)則會(huì)導緻電(diàn)池加速氧化、內(nèi)部氣壓升高(gāo)導緻鼓脹、內(nèi)阻增大(dà)、容量降低(dī)等問題。作(zuò)為(wèi)目前使用最多(duō)的磷酸鐵(tiě)锂電(diàn)池，其主要應用于電(diàn)動汽車(chē)等動力類應用，因此其生(shēng)産過程中的脫水(shuǐ)問題就更為(wèi)重要，下面就和(hé)惟尚一起看看磷酸鐵(tiě)生(shēng)産過程中的脫水(shuǐ)問題吧(ba)。
FePO4材料既是LiFePO4材料的前驅體(tǐ)，又可(kě)以單獨作(zuò)為(wèi)正極材料使用，因此FePO4材料的脫水(shuǐ)問題是我們無法回避的難題。
一般來(lái)講磷酸鐵(tiě)的脫水(shuǐ)過程主要分為(wèi)兩個(gè)部分：第一個(gè)部分很(hěn)簡單，主要是為(wèi)了脫掉材料中的一些(xiē)自由水(shuǐ)，這些(xiē)水(shuǐ)十分容易脫除，溫度也較低(dī)。
第二個(gè)部分就比較困難了，這個(gè)部分要脫掉材料中結晶水(shuǐ)，這些(xiē)水(shuǐ)分子與磷酸鐵(tiě)材料以化學鍵的方式結合在一起，需要較高(gāo)的活化能——也就是較高(gāo)的溫度，才能将這部分水(shuǐ)完全脫除，但(dàn)是對于這一過程的反應動力學的研究并不是很(hěn)多(duō)。
磷酸鐵(tiě)的制(zhì)備一般采用硫酸鐵(tiě)或者其他可(kě)溶性鐵(tiě)鹽為(wèi)鐵(tiě)源，以磷酸或者磷酸鹽為(wèi)磷源，以NaOH為(wèi)PH調節劑，采用共沉澱的方法制(zhì)得(de)。
實際生(shēng)産中一般控制(zhì)PH在1.6-2.0之間(jiān)，PH過高(gāo)時(shí)則可(kě)能析出Fe(OH)3雜質，而PH值過低(dī)則會(huì)導緻Fe3+沉澱不完全。沉澱經過過濾和(hé)洗滌 後則需要進行(xíng)高(gāo)溫燒結，這個(gè)過程主要是有(yǒu)兩個(gè)目的，首先是脫去FePO4·2H20材料中的水(shuǐ)分，其次是為(wèi)了使FePO4材料晶體(tǐ)充分發育，以保證材料有(yǒu) 完整的晶型。
熱重實驗發現，在50-223℃範圍內(nèi)，FePO4·2H20材料出現了20.23%的失重，這主要是FePO4·2H20材料中的兩個(gè)結晶水(shuǐ)被脫除，而後随着溫度的升高(gāo)，FePO4材料并沒有(yǒu)繼續出現失重，因此脫水(shuǐ)過程主要是在此過程中完成的。
而在736℃出現了一個(gè)放熱峰，而并沒有(yǒu)出現質量損失，這表明(míng)在該溫度下，FePO4材料發生(shēng)了晶型的轉變，後續的XRD衍射分析也發現，在700℃下 合成的FePO4材料衍射峰較寬，部分特征峰沒有(yǒu)出現，說明(míng)該溫度下合成的FePO4材料晶型發育不夠完整，結晶度較差。
将溫度提高(gāo)到 800℃時(shí)，所有(yǒu)的特征峰均出現，但(dàn)是特征峰的強度依然較低(dī)，較寬，表明(míng)在該溫度下，晶體(tǐ)發育依然不完全，當把焙燒溫度提高(gāo)到900℃時(shí)可(kě)以注意到，此時(shí) 不僅出現了所有(yǒu)的特征峰，六方晶系的一個(gè)特征峰(206)/(302)也已經完全分開(kāi)了，表明(míng)FePO4材料晶型發育完好。
在900℃下，制(zhì)備的FePO4材料屬于六方晶系，晶胞參數(shù)為(wèi)a=0.50330nm，b=0.50330nm，c=1.12470nm，具有(yǒu)α-石英結構，這種結構有(yǒu)利于锂離子嵌入到FePO4材料。
針對FePO4的脫水(shuǐ)的動力學研究并不多(duō)，FePO4材料脫水(shuǐ)機理(lǐ)和(hé)動力學研究對磷酸鐵(tiě)材料的生(shēng)産工藝制(zhì)定具有(yǒu)重要的意義。
武漢大(dà)學的張梅芳等利用TG-DTG-DTA熱分析研究了FePO4·4H20材料的脫水(shuǐ)機理(lǐ)和(hé)動力學，研究發現FePO4·4H20材料在200℃下 出現了兩個(gè)DTA放熱峰和(hé)DTG失重速率峰，這表明(míng)在脫水(shuǐ)過程中至少(shǎo)是一個(gè)兩步反應，計(jì)算(suàn)表明(míng)該反應是一個(gè)D4-Fn兩步反應，其中D4反應的活化能為(wèi) 79.62KJ/mol，Fn反應的活化能103.04KJ/mol。
研究發現，升溫速率對反應中的脫水(shuǐ)質量沒有(yǒu)影(yǐng)響，隻要加熱溫度達到相應溫度就可(kě)以将FePO4中的水(shuǐ)充分脫除。這對磷酸鐵(tiě)的燒結工藝有(yǒu)重要的意義。
