基于層狀無機-有機過渡金屬磷酸鹽制備LiMPO4(M=Fe,Mn)復(fù)合材料及其電化學性能.pdf

1、正極材料是電池的重要組成部分，它對電池技術(shù)的發(fā)展起著關(guān)鍵性作用。橄欖石結(jié)構(gòu)磷酸鐵鋰由于具有比能量高，循環(huán)性能好，環(huán)保性佳，價格低廉和優(yōu)異的安全性能，曾被認為是非常有前景的適用于動力電池的材料。然而，橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料由于晶體結(jié)構(gòu)的缺點導致其導電性和鋰離子遷移速率很差。磷酸鐵鋰純相為絕緣體，電導率為10-9-10-10 S·cm-1，這大大低于過渡金屬氧化物正極材料鈷酸鋰和錳酸鋰的導電性。磷酸錳鋰純相的導電性和鋰離子遷移速度比磷酸鐵鋰還低

2、。為了改善電極材料的電化學性能，碳包覆是一條有效途徑。碳包覆可以通過在顆粒表面形成碳包覆層以提高過渡金屬磷酸鹽LiMPO4的導電性。此外，在碳包覆過程中，碳的存在可以抑制LiMPO4顆粒的長大，且提供還原環(huán)境以阻止二價鐵離子氧化為三價鐵離子。近年，原位熱解金屬有機化合物(MOFs)制備碳包覆正極材料受到關(guān)注，大量MOFs作為前驅(qū)體用于制備電極材料，并取得了較好的電化學性能。然而，由于該類前驅(qū)體價格較高，制備復(fù)雜，從而限制了其應(yīng)用前景。層

3、狀無機-有機化合物是一類潛在的熱解前驅(qū)體材料，具有成本低，合成簡單等優(yōu)點，然而目前基于層狀無機-有機過渡金屬磷酸鹽制備LiMPO4/C復(fù)合材料的報道比較少，因此本論文選擇該類前驅(qū)體，通過原位熱解的方式制備了LiMPO4/C復(fù)合材料，并對其電化學性能進行了研究。論文的主要內(nèi)容包括:
　　1.基于層狀無機-有機辛二胺磷酸鐵為前驅(qū)體制備了LiFePO4/C復(fù)合材料，研究了鋰源對LiFePO4/C復(fù)合材料電化學性能的影響。結(jié)果表明，以硝酸

4、鋰為鋰源時，合成材料中LiFePO4納米顆粒鑲嵌在三維多孔碳基質(zhì)中，表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。合成的LiFePO4/C復(fù)合材料在0.1C和10C倍率下放電比容量分別達到150 mAh·g-1和80 mAh·g-1，1C倍率下充放電循環(huán)500次后的容量保持率為96.2％。
　　2.以層狀己二胺磷酸鐵為前驅(qū)體制備了LiFePO4/C復(fù)合材料，材料中碳網(wǎng)絡(luò)不僅包覆在顆粒表面，還在顆粒間起橋連作用，顆粒粒徑分布在100-200nm。材料在0

5、.1C倍率下首次放電容量為147 mAh·g-1，10C和30C倍率下容量分別高達110 mAh·g-1和90 mAh·g-1。
　　3.基于層狀有機-無機磷酸錳-胺為前軀體，通過與鋰源混合后利用高溫熱處理制備了LiMnPO4/C復(fù)合材料。研究了煅燒溫度、煅燒時間、不同胺源、不同鋰源等對LiMnPO4/C復(fù)合材料電化學性能的影響。優(yōu)化反應(yīng)條件后合成了納米形貌的LiMnPO4/C復(fù)合材料，它在C/20放電倍率下比容量達到121 mA