鋰離子電池用正極材料LiMnPO-,4-的研究.pdf

1、本文詳細地綜述了鋰離子二次電池正極材料的研究現(xiàn)狀，并以IJMnPO<,4>正極材料為研究目標(biāo)，采用TG／DTA、XRD、SEM、充放電測試、交流阻抗測試、恒電位階躍等手段，對材料系統(tǒng)地進行了合成工藝、結(jié)構(gòu)表征、材料改性、電化學(xué)性能以及電極過程動力學(xué)的研究。 結(jié)合摻碳并對原料和中間產(chǎn)物進行球磨，采用高溫固相法在500～650℃合成出了LiMnPO<,4>純相。其中600℃燒結(jié)24h合成的LiMnPO<,4>顆粒分散均勻，大小約10

2、0～200nm，首次充放電容量接近100mAh·g<'-1>。 通過對樣品的交流阻抗測試發(fā)現(xiàn)，電化學(xué)反應(yīng)阻抗隨放電的進行而不斷增大，說明材料的荷電量越高，界面電化學(xué)反應(yīng)速度越快。擴散系數(shù)的測量結(jié)果表明，其擴散系數(shù)范圍為10<'-17>～10<'-13>cm<'2>·S<'-1>。其中600℃燒結(jié)24h合成的LiMnPO<,4>充電態(tài)和放電態(tài)的擴散系數(shù)分別5.65×10<'-13>cm<'2>·和3.69×10<'-15>cm<

3、'2>·s<'-1>，表明晶格中鋰離子的濃度越低，鋰離子越容易擴散。 為解決材料導(dǎo)電性差的缺點，對LiMnPO<,4>進行了鐵摻雜，合成出了含碳LiMn<,l-x>FexPO<,4>(x=0.1～0.3)材料，樣品顆粒細小(100～200nm)且分散均勻，容量較高，倍率與循環(huán)性能優(yōu)越。650℃燒結(jié)24h合成的LiMn<,0.7>Fe<,0.3>PO<,4>樣品1C放電容量約133mAh·g<'-1>，以O(shè).1C循環(huán)30次后容

4、量保持在145mAh·g<'-1>左右。說明摻鐵對材料的電化學(xué)性能有很大改善。 對LiMn<,l-x>FexPO<,4>進行交流阻抗測試發(fā)現(xiàn)，充電態(tài)和放電態(tài)的電化學(xué)反應(yīng)阻抗最大，而中間狀態(tài)的電化學(xué)反應(yīng)阻抗遠小于充電態(tài)和放電態(tài)，且基本保持不變，說明單一價態(tài)不利于電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，而混合價態(tài)有利于表面電荷的傳遞。 對合成LiMn<,0.7>Fe<,0.3>PO<,4>的擴散系數(shù)測試表明，隨著放電的不斷進行，鋰離子在材料中的擴