基于層狀無(wú)機(jī)-有機(jī)過(guò)渡金屬磷酸鹽制備LiMPO4(M=Fe,Mn)復(fù)合材料及其電化學(xué)性能.pdf

1、正極材料是電池的重要組成部分，它對(duì)電池技術(shù)的發(fā)展起著關(guān)鍵性作用。橄欖石結(jié)構(gòu)磷酸鐵鋰由于具有比能量高，循環(huán)性能好，環(huán)保性佳，價(jià)格低廉和優(yōu)異的安全性能，曾被認(rèn)為是非常有前景的適用于動(dòng)力電池的材料。然而，橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料由于晶體結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)導(dǎo)致其導(dǎo)電性和鋰離子遷移速率很差。磷酸鐵鋰純相為絕緣體，電導(dǎo)率為10-9-10-10 S·cm-1，這大大低于過(guò)渡金屬氧化物正極材料鈷酸鋰和錳酸鋰的導(dǎo)電性。磷酸錳鋰純相的導(dǎo)電性和鋰離子遷移速度比磷酸鐵鋰還低

2、。為了改善電極材料的電化學(xué)性能，碳包覆是一條有效途徑。碳包覆可以通過(guò)在顆粒表面形成碳包覆層以提高過(guò)渡金屬磷酸鹽LiMPO4的導(dǎo)電性。此外，在碳包覆過(guò)程中，碳的存在可以抑制LiMPO4顆粒的長(zhǎng)大，且提供還原環(huán)境以阻止二價(jià)鐵離子氧化為三價(jià)鐵離子。近年，原位熱解金屬有機(jī)化合物(MOFs)制備碳包覆正極材料受到關(guān)注，大量MOFs作為前驅(qū)體用于制備電極材料，并取得了較好的電化學(xué)性能。然而，由于該類前驅(qū)體價(jià)格較高，制備復(fù)雜，從而限制了其應(yīng)用前景。層

3、狀無(wú)機(jī)-有機(jī)化合物是一類潛在的熱解前驅(qū)體材料，具有成本低，合成簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，然而目前基于層狀無(wú)機(jī)-有機(jī)過(guò)渡金屬磷酸鹽制備LiMPO4/C復(fù)合材料的報(bào)道比較少，因此本論文選擇該類前驅(qū)體，通過(guò)原位熱解的方式制備了LiMPO4/C復(fù)合材料，并對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。論文的主要內(nèi)容包括:
　　1.基于層狀無(wú)機(jī)-有機(jī)辛二胺磷酸鐵為前驅(qū)體制備了LiFePO4/C復(fù)合材料，研究了鋰源對(duì)LiFePO4/C復(fù)合材料電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，以硝酸

4、鋰為鋰源時(shí)，合成材料中LiFePO4納米顆粒鑲嵌在三維多孔碳基質(zhì)中，表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。合成的LiFePO4/C復(fù)合材料在0.1C和10C倍率下放電比容量分別達(dá)到150 mAh·g-1和80 mAh·g-1，1C倍率下充放電循環(huán)500次后的容量保持率為96.2％。
　　2.以層狀己二胺磷酸鐵為前驅(qū)體制備了LiFePO4/C復(fù)合材料，材料中碳網(wǎng)絡(luò)不僅包覆在顆粒表面，還在顆粒間起橋連作用，顆粒粒徑分布在100-200nm。材料在0

5、.1C倍率下首次放電容量為147 mAh·g-1，10C和30C倍率下容量分別高達(dá)110 mAh·g-1和90 mAh·g-1。
　　3.基于層狀有機(jī)-無(wú)機(jī)磷酸錳-胺為前軀體，通過(guò)與鋰源混合后利用高溫?zé)崽幚碇苽淞薒iMnPO4/C復(fù)合材料。研究了煅燒溫度、煅燒時(shí)間、不同胺源、不同鋰源等對(duì)LiMnPO4/C復(fù)合材料電化學(xué)性能的影響。優(yōu)化反應(yīng)條件后合成了納米形貌的LiMnPO4/C復(fù)合材料，它在C/20放電倍率下比容量達(dá)到121 mA