鋰離子正極材料LiMnyFe1-Ypo4-C的制備與性能研究.pdf

1、橄欖石結(jié)構(gòu)的LiMPO4(M=Fe、Mn)材料因具有安全、穩(wěn)定、低價、環(huán)保等優(yōu)點，可望成為新一代的鋰離子電池正極材料。LiMnyFe1-yPO4因具有優(yōu)良的電化學性能，且存在一個4.1V電位平臺，較LiFePO4具有更高的能量密度，較LiMnPO4具有更好的電化學性能，而備受關(guān)注。本論文采用傳統(tǒng)固相法（兩段燒結(jié)法）和“低溫固相/水熱反應(yīng)”法兩種工藝合成了LiMnyFe1-yPO4/C材料，采用TG-DT、XRD、SEM、TEM、充放電曲

2、線、CV曲線以及EIS等分析檢測手段，研究了兩段燒結(jié)法工藝條件對LiMnyFe1-yPO4/C材料的影響，“低溫固相/水熱”法中的不同參數(shù)以及Mn含量對LiMnyFe1-yPO4/C材料的影響。主要結(jié)論如下:
　　(1)以FeC2O4·2H2O，NH4H2PO4，Li2CO3，MnCO3以及蔗糖為原料，采用傳統(tǒng)的固相法（兩段燒結(jié)法）合成了純相的LiMn0.4Fe0.6PO4/C材料。在合LiMn0.4Fe0.6PO4/C的過程中，

3、反應(yīng)物的分解以及各反應(yīng)物之間發(fā)生的化學反應(yīng)主要發(fā)生在425℃前。當預(yù)處理時間為4h時，500℃下能得到純橄欖石結(jié)構(gòu)的樣品。LiMn0.4Fe0.6PO4/C的電化學性能較LiMn0.4Fe0.6PO4有明顯提高。500℃下預(yù)處理得到的LiMn0.4Fe0.6PO4/C在0.1C下的首次放電容量較高，0.5C下的可逆容與預(yù)處理溫度為300℃、400℃所得的產(chǎn)品相差不大。
　　(2)采用“低溫固相/水熱反應(yīng)”法制備出了純相LiMn0.

4、4Fe0.6PO4/C材料。所得的LiMn0.4Fe0.6PO4/C，SEM與TEM分析表明晶粒尺寸在250nm左右;在0.1C和0.5C下的首次放電容量為160 mAhg-1和143mAhg-1，0.5C下50次循環(huán)后的容量仍保持在133 mAhg-1左右。低溫固相反應(yīng)溫度，水熱處理溫度以及添加有機碳源蔗糖的工藝均對LiMn0.4Fe0.6PO4/C的顆粒形貌和電化學性能有較大的影響。較佳的工藝為“低溫固相/水熱”法的制備工藝為“40

5、0℃煅燒4h+180℃水熱處理18h+添加蔗糖+700℃進行3h碳包覆處理”，所得的LiMn0.4Fe0.6PO4/C在0.1C下的可逆容量為162 mAhg-1，0.5C下50次循環(huán)后的容量仍保持在137 mAhg-1左右。
　　(3)采用“低溫固相法與水熱反應(yīng)”法能制備出一系列純物相的LiMnyFe1-yPO4/C材料;LiMnyFe1-yPO4/C晶體的點陣常數(shù)遵循著維加德定律。隨著Mn含量的增加，F(xiàn)e3+/Fe2+電對的平