鋰離子電池正極材料磷酸錳鋰的合成與改性研究.pdf

1、LiMnPO4作為L(zhǎng)iMPO4(M=Mn,Fe,Co,Ni)系列中重要的一員,具有對(duì)環(huán)境友好、資源較豐富、成本低、電化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。LiMnPO4的理論比容量為170mAh/g,工作電壓4.1V,由于這些特性使得LiMnPO4成為繼LiFePO4以后又一研究熱點(diǎn)。本文分別采用了固相法、溶膠凝膠法兩種方法合成了LiMnPO4,又進(jìn)一步對(duì)樣品進(jìn)行了摻雜改性研究。
　　固相法合成純LiMnPO4時(shí),通過(guò)優(yōu)化草酸(C2H2O4·2H2

2、O)的量,來(lái)改善材料的形貌和性能。得出當(dāng)C2H2O4·2H2O與Mn的物質(zhì)的量比為2:1時(shí),樣品顆粒大小均勻、形貌較好;對(duì)LiMnPO4進(jìn)行碳包覆改性時(shí),選用了不同碳源并優(yōu)化了包碳量。結(jié)果表明固相法合成的樣品僅僅通過(guò)碳包覆很難獲得理想的充放電容量。
　　溶膠凝膠法合成的LiMnPO4/C是納米級(jí)的。檸檬酸在用溶膠凝膠法合成前驅(qū)體時(shí),起到絡(luò)合劑的作用;而在在煅燒時(shí),檸檬酸又是碳源,對(duì)材料起到碳包覆的作用。系統(tǒng)研究了檸檬酸含量和煅燒溫

3、度對(duì)LiMnPO4結(jié)構(gòu)、形貌、電化學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示,高比例的檸檬酸有助于合成顆粒均勻的LiMnPO4納米顆粒,從而可以提高LiMnPO4的電化學(xué)性能。然而過(guò)高的煅燒溫度會(huì)使材料結(jié)晶度升高、顆粒生長(zhǎng)過(guò)大,所以樣品的容量隨著煅燒溫度的升高先升高再降低。最終得出結(jié)論,檸檬酸與Mn的物質(zhì)的量之比為2/1,燒結(jié)溫度650℃所制得的樣品電化學(xué)性能最好。
　　分別對(duì)LiMnPO4進(jìn)行了Mn位摻雜和Li位摻雜改性研究。結(jié)果證明,金屬離子摻雜

4、能夠很大程度的提高材料的電化學(xué)性能。用Fe對(duì)LiMnPO4進(jìn)行Mn位摻雜所制得的樣品LiMn1-xFexPO4/C(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)的容量,隨著Fe含量的增加而增加。當(dāng)x=0.5時(shí),LiMn0.5Fe0.5PO4/C樣品低倍下電化學(xué)性能表現(xiàn)尤為突出,首次充電比容量為169.5mAh/g,放電比容量為150.9mAh/g,充放電效率達(dá)89％,50次循環(huán)后仍有95.7%的容量保持率;對(duì)LiMnPO4進(jìn)行Li位摻雜