鋰離子電池正極材料磷酸錳鋰的合成與改性研究.pdf

1、LiMnPO4作為LiMPO4(M=Mn,Fe,Co,Ni)系列中重要的一員,具有對環(huán)境友好、資源較豐富、成本低、電化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點。LiMnPO4的理論比容量為170mAh/g,工作電壓4.1V,由于這些特性使得LiMnPO4成為繼LiFePO4以后又一研究熱點。本文分別采用了固相法、溶膠凝膠法兩種方法合成了LiMnPO4,又進一步對樣品進行了摻雜改性研究。
　　固相法合成純LiMnPO4時,通過優(yōu)化草酸(C2H2O4·2H2

2、O)的量,來改善材料的形貌和性能。得出當(dāng)C2H2O4·2H2O與Mn的物質(zhì)的量比為2:1時,樣品顆粒大小均勻、形貌較好;對LiMnPO4進行碳包覆改性時,選用了不同碳源并優(yōu)化了包碳量。結(jié)果表明固相法合成的樣品僅僅通過碳包覆很難獲得理想的充放電容量。
　　溶膠凝膠法合成的LiMnPO4/C是納米級的。檸檬酸在用溶膠凝膠法合成前驅(qū)體時,起到絡(luò)合劑的作用;而在在煅燒時,檸檬酸又是碳源,對材料起到碳包覆的作用。系統(tǒng)研究了檸檬酸含量和煅燒溫

3、度對LiMnPO4結(jié)構(gòu)、形貌、電化學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示,高比例的檸檬酸有助于合成顆粒均勻的LiMnPO4納米顆粒,從而可以提高LiMnPO4的電化學(xué)性能。然而過高的煅燒溫度會使材料結(jié)晶度升高、顆粒生長過大,所以樣品的容量隨著煅燒溫度的升高先升高再降低。最終得出結(jié)論,檸檬酸與Mn的物質(zhì)的量之比為2/1,燒結(jié)溫度650℃所制得的樣品電化學(xué)性能最好。
　　分別對LiMnPO4進行了Mn位摻雜和Li位摻雜改性研究。結(jié)果證明,金屬離子摻雜

4、能夠很大程度的提高材料的電化學(xué)性能。用Fe對LiMnPO4進行Mn位摻雜所制得的樣品LiMn1-xFexPO4/C(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)的容量,隨著Fe含量的增加而增加。當(dāng)x=0.5時,LiMn0.5Fe0.5PO4/C樣品低倍下電化學(xué)性能表現(xiàn)尤為突出,首次充電比容量為169.5mAh/g,放電比容量為150.9mAh/g,充放電效率達(dá)89％,50次循環(huán)后仍有95.7%的容量保持率;對LiMnPO4進行Li位摻雜