鋰離子電池正極材料LiMnP04的改性研究.pdf

1、LiMnPO4作為鋰離子電池正極材料具有比容量大、能量密度高等優(yōu)點，成為具有潛在應用前景的電池材料。但是，由于受到Mn3+的Jahn-Teller效應的影響，又存在Mn3+/Mn2+電對可逆性差的缺點，導致該材料的電化學性能差，尤其是循環(huán)性能和倍率性能。本文借助Fe對LiMnPO4離子摻雜來穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，分別采用了共沉淀法結(jié)合高溫固相法和高溫固相法合成了LiMnxFe(1-x)PO4/C(0.1≤x≤0.9)正極材料和離子摻雜的LiMnPO

2、4正極材料。
　　采用共沉淀法制備了MnxFe(1-x)C2O4·2H2O(0.1≤x≤0.9)前驅(qū)體，再經(jīng)由高溫固相法最終合成了LiMnxFe(1-x)PO4/C(0.1≤x≤0.9)正極材料。經(jīng)XRD表征，晶體結(jié)構(gòu)屬斜方晶系，Pmnb空間群，不含雜質(zhì)峰，形成了有效的固溶體；經(jīng)計算，LiMnxFe(1-x)PO4/C(0.6≤x≤0.8)的晶胞參數(shù)a，b，c隨著x的不斷增加而增大。樣品LiMn0.2Fe0.8PO4/C在0.1

3、C倍率下，獲得了116 mA·h/g的首次放電容量，在30次循環(huán)之后，下降到106 mA·h/g，容量保持率為91％；樣品 LiMn0.6Fe0.4PO4/C獲得了120 mA·h/g的首次放電容量，在30次循環(huán)之后，下降到88 mA·h/g，容量保持率為73%。
　　相對于LiMn0.2Fe0.8PO4/C正極材料，LiMn0.6Fe0.4PO4/C具有相對更高的放電平臺，所以選擇LiMn0.6Fe0.4PO4為研究對象。分別以

4、葡萄糖、檸檬酸、蔗糖、乳糖為碳源對其進行碳包覆。經(jīng)XRD表征，所得材料晶體結(jié)構(gòu)均屬斜方晶系，Pmnb空間群，不含雜質(zhì)峰，不存在結(jié)晶態(tài)的碳的衍射峰。其中以蔗糖為碳源進行碳包覆的LiMn0.6Fe0.4PO4正極材料的電化學性能獲得相對較好的改善，在0.1 C倍率下，樣品獲得124 mA·h/g的首次充電容量，在30次循環(huán)之后，下降到106 mA·h/g，容量保持率為85%。
　　分別以Co2+、Ni2+、Ce3+、F-為摻雜離子對L

5、iMnPO4正極材料進行摻雜，制備得到不同離子摻雜的LiMnPO4和未摻雜的LiMnPO4正極材料。對材料進行XRD表征，該材料為純相，合成了有效的固溶體。不含摻雜離子的LiMnPO4正極材料，在0.1C倍率下，首次放電比容量為83.5 mA·h/g，經(jīng)過30次循環(huán)之后，材料的放電比容量衰減至43 mA·h/g，比容量保持率為51%。以Ce3+摻雜得到的LiMn0.99Ce0.01PO4/C正極材料電化學性能提高最為顯著，該正極材料0.