磷酸锰锂正极材料的制备及性能研究

【摘要】：锂离子电池由于其能量密度高、环境友好以及安全性能好,引起人们的广泛关注。相比于已经产业化的LiFePO_4而言,LiMnPO_4拥有更高的电位平台(4.1 V)和更高的能量密度,因此是理想的替代材料。然而低的电子导电性(10~-1010 S/cm)和离子导电性(10~(-7) cm~2/s)阻碍了LiMnPO_4材料的实际应用。针对这些缺点,研究者们主要采用了三个方面的改性策略:(1)降低颗粒尺寸,改善颗粒表面形貌;(2)金属离子掺杂;(3)采用高导电性物质对材料表面进行修饰。本文以LiMnPO_4正极材料为研究对象,采用溶剂热法制备分散均匀且颗粒尺寸小的LiMnPO_4材料,并对其进行包覆和掺杂改性。运用XRD、SEM、TEM和EDS等手段对材料的组分、结构及形貌进行表征,并使用恒流充放电、循环伏安以及交流阻抗等方法对材料的电化学性能进行系统分析。(1)通过固相法、溶胶-凝胶法和溶剂热法来合成纯相LiMnPO_4纳米材料。研究表明,固相法易产生杂质,且在后处理过程中难以除去;溶胶-凝胶法制备的颗粒尺寸较大;溶剂热法能够合成50~100 nm的、颗粒均匀的LiMnPO_4材料。在此基础上,研究了不同投料比对产物形貌及电化学性能的影响。当投料比(Li:Mn:P)为2.5︰1︰1时,制备的LiMnPO_4材料表现出良好的电化学性能,在0.1C时首次放电容量为132.2 mAh/g。(2)采用乙二醇辅助法进行包碳处理。结果表明超薄层碳包覆LiMnPO_4/C纳米复合材料(ULMP/C)表现有较好的循环性能和倍率性能,比未进行表面处理的LiMnPO_4材料(LMP)和水热碳包覆得到的LiMnPO_4/C复合材料(LMP/C)性能优异。首次放电比容量为130.8 mAh/g,循环50周后容量保持率为83%。(3)用溶剂热法合成了LiMn_xFe_(1-x)PO_4/C复合材料。比较了不同铁源加入量对产物形貌和电化学性能的影响。研究表明,当锰铁比为8︰2时,合成的材料具有更好的电化学性能。首次放电比容量达123mAh/g,循环50周后容量保持率为88%。综上所述,颗粒纳米化、表面碳包覆和体相Fe~(2+)掺杂均有利于提高LiMnPO_4材料的性能。

【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33;TM912