濕化學(xué)合成法制備磷酸錳鋰鋰離子電池正極材料及性能研究.pdf

1、橄欖石型鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰(LiFePO4)的成功商業(yè)化，激發(fā)了科研工作者對(duì)具有更高理論能量密度的其同系物磷酸錳鋰(LiMnPO4)的研究熱情。LiMnPO4正極材料具有材料來源廣泛、生產(chǎn)成本低、環(huán)境友好、安全性高的優(yōu)點(diǎn)，很有希望成為下一代鋰離子電池正極材料的選擇之一。但是，其鋰離子為一維的擴(kuò)散方向，電子電導(dǎo)和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)都比較小，且存在Mn3+的Jahn-Teller效應(yīng)，造成錳元素溶解和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，因此其倍率性能和循環(huán)性能

2、較差。
　　本文首先采用溶劑熱法，采用不同的錳源、鋰源，調(diào)節(jié)原料的比例、反應(yīng)溫度、溶劑種類等參數(shù)合成了一系列形貌的LiMnPO4納米材料。研究發(fā)現(xiàn)前驅(qū)體中原料比例為影響LiMnPO4形貌的關(guān)鍵試驗(yàn)參數(shù)，比例不同，顆粒尺寸與微觀形貌則會(huì)不同。純相LiMnPO4材料合成的尺寸大小在2μm到30 nm之間。研究發(fā)現(xiàn)30 nm左右大小的類球形顆粒和50 nm左右的薄片狀兩種最小的LiMnPO4材料的放電容量為約80～100 mAh g-1

3、。
　　在此基礎(chǔ)上，以乙酸鋰、磷酸和氯化亞錳為原料，采用溶劑熱法，確認(rèn)了原料比例在2.5～5∶1∶1范圍內(nèi)可以合成純相的磷酸錳鋰。調(diào)節(jié)鋰源的比例，SEM結(jié)果表明獲得了類梭形的長約100 nm的LiMnPO4材料，TEM結(jié)果表明顆粒表面由一層約2 nm厚的碳層。在鋰磷錳的摩爾比在5～6∶1∶1的條件下，材料的電化學(xué)性能最好。在0.05，1，5，20C電流下的放電容量分別為157.33，124.06，99.26和71.77 mAh g

4、-1，在1C和5C下循環(huán)200次后容量保持率分別為77％和72％。
　　采用多元醇法對(duì)以原料為乙酸鋰、磷酸和氯化亞錳，比例為5∶1∶1的試樣進(jìn)行了放大實(shí)驗(yàn)。在160℃下可以合成純相LiMnPO4，電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明反應(yīng)2小時(shí)的試樣，在0.05C和10C電流下的放電容量有123.74和83.59 mAh g-1。采用噴霧干燥法對(duì)用多元醇方法LiMnPO4納米顆粒進(jìn)行二次造粒獲得5微米左右的核桃形顆粒，利用PVP和蔗糖作為碳源高溫處理