磷酸錳(鈷)鋰鋰離子電池正極材料.pdf

1、鋰離子電池在電動車和儲能電池的大規(guī)模應用對電池的安全性能和比能量密度提出了更高的要求。以LiFePO4為代表的磷酸鹽系材料具有安全性能好，價格低、穩(wěn)定性能優(yōu)異成為大容量動力電池的首選。LiMnPO4與LiCoPO4具有類似的橄欖石結構，是均具有發(fā)展前景的高電壓、高能量密度鋰離子電池正極材料。
　　LiMnPO4具有高電壓、結構穩(wěn)定、能量密度高等優(yōu)點。但其離子和電子導電性差，碳包覆和離子摻雜是改善其性能的主要有效手段。首先，研究了固

2、相法、流變相法、水熱法不同制備方法對LiMnPO4/C材料的影響。采用固相法制備LiMnPO4/C材料，不同的燒結溫度、碳加入量，碳源均能得到純相LiMnPO4/C，但電化學性能不理想，可能因LiMnPO4/C本身電子導電率差，固相法制備的材料顆粒較大。采用流變相法制備LiMnPO4/C材料，XRD測試結果顯示有Mn3(PO4)2雜相。采用水熱法制備LiMnPO4/C材料，不同溫度及反應時間的XRD測試結果表明，160℃反應4h，8h的

3、樣品存在雜相，延長反應時間或提高溫度雜相消失。電化學性能結果顯示190℃碳源比例為40％時材料電化學性能相對較好。碳摻入量不影響材料的結構但影響材料的形貌及電化學性能。
　　為改善LiMnPO4導電性差的缺點，選取與Mn2+離子半徑相近的Fe2+離子摻雜來提高其電化學性能。采用水熱法合成LiMn1-xFexPO4/C材料，研究了反應時間，碳加入量，碳源，鐵摻雜量對LiMn1-xFexPO4/C物理性能及電化學性能的影響。結果表明，

4、以蔗糖為碳源，水熱180℃反應12h，碳加入量為15％時LiMn1-xFexPO4/C材料的表面形貌與電化學性能最好，首次達到142.6mAhg-1且具有良好的循環(huán)性能。對比四種不同碳源（抗壞血酸、蔗糖、葡萄糖、檸檬酸）得出以葡萄糖為碳源時LiMn0.5Fe0.5PO4/C材料的電化學性能最好。鐵摻雜量對材料的性能也有很大的影響，當Fe摻雜量過低時不能有效的改善材料的電化學性能。最佳的鐵摻雜量為x=0.5，LiMn1-xFexPO4/C

5、材料的首次充放電最高，極化程度最小。
　　我們還嘗試采用LiMnPO4與Li3V2(PO4)3復合來改善材料的性能。Li3V2(PO4)3屬于快離子導體，結構穩(wěn)定，循環(huán)穩(wěn)定性好。利用固相法合成了Li3V2(PO4)3-LiMnPO4/C復合材料，進一步探討了不同煅燒溫度及含碳量對復合材料物理性能及電化學性能的影響，得出復合材料煅燒溫度為650℃，碳源比例10％的復合材料的電化學性能較好。結果表明:將Li3V2(PO4)3與LiMn

6、PO4進行復合，可以有效改善LiMnPO4的缺點。
　　此外，LiCoPO4放電平臺為4.8V，具有能量密度高、熱穩(wěn)定性好、安全性高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，然而電子導電率低和鋰離子擴散系數(shù)低限制了在高容量、高電壓鋰離子電池中的應用。首次嘗試利用Li3V2(PO4)3的快離子導體材料與LiCoPO4復合的方法來改善LiCoPO4的性能。合成Li3V2(PO4)3-LiCoPO4/C復合材料，當復合比例為1∶1時，XRD結果表明復合材料為