鋰離子電池正極材料磷酸錳鋰的制備與改性.pdf

1、鋰離子電池作為一種新型化學(xué)電源，其能量瓶頸仍然是正極材料。磷酸錳鋰(LiMnPO4)具有成本低、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，和磷酸鐵鋰相比具有更高的能量密度。因此，磷酸錳鋰被研究者看作新一代動力鋰電池正極材料，發(fā)展?jié)摿薮?。但是，LiMnPO4的導(dǎo)電性和鋰離子擴(kuò)散速率較低，嚴(yán)重阻礙了它在動力電池上的應(yīng)用。為了提高其導(dǎo)電性和離子擴(kuò)散能力，相對普遍的方法是對材料進(jìn)行納米化處理、導(dǎo)電層包覆和雜原子摻雜。本文開展了微波合成炭包覆LiMnPO4的研究，期望借

2、助過程強(qiáng)化改善電極材料的結(jié)構(gòu)，并通過雜原子摻雜嘗試進(jìn)一步提高其充放電行為。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴提出了通過兩步微波溶劑熱的方法來制備LiMnPO4的途徑，制備出一種炭包覆LiMnPO4的納米復(fù)合材料，通過改變工藝條件可以調(diào)控LiMnPO4不同晶面比例。所制備的富含優(yōu)勢晶面的含氮炭包覆納米LiMnPO4在0.5 C的大電流密度下展現(xiàn)了159.5 mAh g-1的首次放電質(zhì)量比容量，100次充電放電循環(huán)之后，仍然還保留155 m

3、A h g-1的質(zhì)量比容量，10C下更是展現(xiàn)了118mAh g-1的倍率性能。電池低溫測試實(shí)驗(yàn)表明，0.5C的測試電流密度下，電池在8℃的環(huán)境下表現(xiàn)出147 mA h g-1的質(zhì)量比容量，而在2℃的環(huán)境下保持了常溫容量的82.5％，可見制備得LiMnPO4正極材料具有優(yōu)異的低溫工作性能。這種優(yōu)秀的電化學(xué)性能得益于LiMnPO4中富含優(yōu)勢晶面(002)晶面和富含氮元素的炭包覆層。這種兩步微波途徑大大縮短了合成時(shí)間，具有規(guī)?；苽涞臐摿Α＂?/p>

4、采用等體積浸漬法，以大孔容炭為載體，在高濃度Li-Mn-PO4溶液體系，考察鎂、鈣、鈰三種雜原子摻雜對LiMnPO4電極材料微觀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，原子直徑較大的Ce原子摻雜有助于提高LiMnPO4的高倍率性能;相對而言，較小原子半徑的Mg原子摻雜有助于提高LiMnPO4的低倍率性能。通過表征和文獻(xiàn)對比推測，原子半徑較大的雜原子在拓寬晶格間距，加快擴(kuò)散的同時(shí)可能會造成晶體崩塌，減小容量，因此Li-Mn-PO4體系中摻雜