納米磷酸錳鋰正極材料的可控制備及摻雜改性研究.pdf

1、開發(fā)高性能正極材料是獲得高比特性鋰離子電池的關鍵技術之一。過渡金屬磷酸鹽化合物(LiFePO4、LiMnPO4)具有穩(wěn)定性好、毒性低、污染小、價格低廉等優(yōu)點,是目前鋰離子電池LiCoO2正極的重要替代材料。LiFePO4較低的電壓平臺預示著較低的能量密度,這限制了其在高比能量電池領域的應用。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。但由于過低的鋰離子擴散速率及本征電子導電率,L

2、iMnPO4往往表現(xiàn)較差的電化學性能。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,結合材料電化學性能測試,系統(tǒng)的研究了材料的合成條件、結構、形貌及電化學特性,通過碳包覆、離子摻雜及形貌控制等手段實現(xiàn)了材料的性能提升。
　　采用兩步球磨法制備了LiMnPO4材料,結合一步球磨法合成工藝,系統(tǒng)研究了兩步球磨過程對材料結構、形貌及電化學性能的影響。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現(xiàn)商業(yè)化應用。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對形貌及結構的影響,獲得了此溶劑熱合成體系的最佳

4、pH值(pH=5.5)。進一步研究了抗壞血酸的添加量對材料物理性能及電化學性能的影響。結果表明反應液中抗壞血酸濃度為13.33g·L-1時制備的材料分散性好,呈片狀的納米棒結構,表現(xiàn)出了較好的電化學性能。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。
　　為了進一步提高材料的倍率性能,對材料進行了部分離子