共沉淀法制備正極材料LiMnyFe1-yPO4-C及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池正極材料LiMnyFe1．yP04/C(y>0.6)具有潛在的高能量密度優(yōu)點(diǎn)，但由于Mn3+/Mn2+電對(duì)可逆性差以及Mn3+的Jahn-Teller效應(yīng)影響，其電化學(xué)性能特別是倍率和循環(huán)性能較差。本論文擬采用液相共沉淀法制備錳、鐵離子的草酸鹽沉淀，使其在原子級(jí)別上混合均勻，之后通過(guò)高溫固相法合成LiMnyFe1-yPO4/C正極材料。
　　 依據(jù)同時(shí)平衡原理和質(zhì)量守恒原理建立了Mn2+-C2O42--H2O和Fe2+

2、-CO42--H2O體系熱力學(xué)模型，發(fā)現(xiàn)溶液中金屬離子總濃度隨著pH升高先減小后增大，繪制總錳、總鐵離子以及其他各組分濃度對(duì)數(shù)與體系pH值關(guān)系圖。在pH值為3.0、并流加料條件下制得的前驅(qū)體Mn0.8Fe0.2C2O4·2H2O粒徑分布均勻、成分比例穩(wěn)定。
　　 以自制前驅(qū)體Mn0.8Fe0.2C2O4·2H2O為原料制備LiMn0.8Fe0.2PO4/C復(fù)合材料，研究了碳含量、焙燒溫度對(duì)材料電化學(xué)性能影響，優(yōu)化條件下制備的樣品

3、LiMn0.8Fe0.2PO4/C在0.1 C、0.2 C、0.5 C、1C和2C倍率下放電比容量達(dá)到134.3、132.9、130.4、127.2和119.9 mAh/g。在探索到的最優(yōu)條件下制備了LiMnyFe1-yPO4/C(y=0.6，0.7，0.8，0.9)系列材料，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)四個(gè)樣品中LiMn0.6Fe0.4P04/C和LiMn0.8Fe0.2PO4/C具有進(jìn)一步研究?jī)r(jià)值。
　　 采用液相摻雜制備Mn0.6yF

4、e0.4Niy(C2O4)·2H2O(y=0.0,05，0.1，0.2)前驅(qū)體，合成復(fù)合正極材料LiMn0.6-yFe0.4NiyPO4/C(y=0，0.05，0.1，0.2)，LiMn0.6Fe0.4PO4/C樣品0.1 C倍率放電時(shí)比容量達(dá)到146.6 mAh/g，而在2C倍率放電時(shí)比容量只有88.9 mAh/g。LiMn0.55Fe0.4Ni0.05PO4/C樣品0.1C放電時(shí)比容量達(dá)到142 mAh/g，略低于LiFe0.4Mn

5、0.6P04/C樣品，但其在0.2 C、0.5 C、1C、2C倍率放電時(shí)，比容量分別達(dá)到139、135、127、110 mAh/g。LiFe0.4Mn0.6-xNixPO4/C(x=0.1，0.2)樣品在0.1 C放電時(shí)比容量分別達(dá)到129、124 mAh/g。
　　 采用液相摻雜制備LiMn0.75Fe0.2Ni0.05P04/C祥品，其在0.1 C、0.2 C、0.5 C、1C、2C倍率下放電比容量分別為139.6、137.

6、5、134.5、130.1、122.2 mAh/g，電化學(xué)性能較LiMn0.8Fe0.2PO4/C樣品得到明顯改善。采用固相摻雜制備正極材料Li(Mn0.75Fe0.2Ni0.05)0.99M0.01PO4/C(M=V、Mg、Nb、Zn、Co、Ca)，0.1 C倍率下各樣品放電比容量分別為141.9、147.4、144.3、140.5、140.3、137.1 mAh/g。Li(Mn0.75Fe0.2Ni0.05)0.99Mg0.01PO