納米磷酸錳鋰正極材料的可控制備及摻雜改性研究.pdf

1、開(kāi)發(fā)高性能正極材料是獲得高比特性鋰離子電池的關(guān)鍵技術(shù)之一。過(guò)渡金屬磷酸鹽化合物(LiFePO4、LiMnPO4)具有穩(wěn)定性好、毒性低、污染小、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),是目前鋰離子電池LiCoO2正極的重要替代材料。LiFePO4較低的電壓平臺(tái)預(yù)示著較低的能量密度,這限制了其在高比能量電池領(lǐng)域的應(yīng)用。LiMnPO4的工作電壓為4.1V,其理論能量密度是LiFePO4(工作電壓為3.45V)的1.2倍。但由于過(guò)低的鋰離子擴(kuò)散速率及本征電子導(dǎo)電率,L

2、iMnPO4往往表現(xiàn)較差的電化學(xué)性能。本論文采用固相及溶劑熱合成方法,利用XRD、SEM及TEM等物理表征手段,結(jié)合材料電化學(xué)性能測(cè)試,系統(tǒng)的研究了材料的合成條件、結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)特性,通過(guò)碳包覆、離子摻雜及形貌控制等手段實(shí)現(xiàn)了材料的性能提升。
　　采用兩步球磨法制備了LiMnPO4材料,結(jié)合一步球磨法合成工藝,系統(tǒng)研究了兩步球磨過(guò)程對(duì)材料結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)性能的影響。兩步球磨法有效控制了顆粒粒徑,使粒度分布更均勻,可以獲得更好

3、的電化學(xué)性能。且高溫固相法易于操作,適合批量生產(chǎn),這種方法合成的材料有希望實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。兩步球磨法制備的材料在0.05C、0.1C、0.5C和1C分別可以得到148mAh/g、141mAh/g、134mAh/g及134mAh/g的放電比容量,40循環(huán)容量保持率高于90％。
　　采用以水-乙醇為混合溶劑的溶劑熱法制備了Fe2+摻雜的片狀LiMn0.9Fe0.1PO4納米棒。研究了pH對(duì)形貌及結(jié)構(gòu)的影響,獲得了此溶劑熱合成體系的最佳

4、pH值(pH=5.5)。進(jìn)一步研究了抗壞血酸的添加量對(duì)材料物理性能及電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明反應(yīng)液中抗壞血酸濃度為13.33g·L-1時(shí)制備的材料分散性好,呈片狀的納米棒結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出了較好的電化學(xué)性能。0.1C、0.5C、1C、5C和10C分別可以得到145mAh/g、134mAh/g、119mAh/g、97mAh/g及68mAh/g的放電比容量,且表現(xiàn)了良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　為了進(jìn)一步提高材料的倍率性能,對(duì)材料進(jìn)行了部分離子