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《山东大学》 2013年
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磷酸锰锂纳米材料的制备及其锂离子电池正极材料性能研究

李丽娥  
【摘要】:橄榄石结构磷酸锰锂(LiMnPO4)材料因其工作电压高、环境污染小、比容量高、循环稳定性好等优点而备受关注,被视为目前非常具有应用前景的锂离子电池的正极材料之一。但是,由于LiMnPO4正极材料电子电导率和锂离子扩散速率均较低而导致其较低的容量和较差的倍率特性,限制了它的商业化应用。 针对上述问题,本论文通过纳米化和碳包覆等手段以改善LiMnPO4正极材料的电化学性能。其中电极材料的纳米化可以缩短锂离子的扩散路径,提高其倍率性能;而碳包覆则可以增加电极的导电性能,促进电荷的输运。本文使用X-射线衍射、电子扫描电镜、透射电镜、热重分析、拉曼光谱、循环伏安、电化学阻抗以及充放电测试等分析手段研究材料的晶体结构、表面形貌和电化学性能。本论文的主要工作如下: 1.采用水热/溶剂热法制备了不同形貌的LiMnPO4纳米材料。通过调控溶剂热反应条件发现,在以二甘醇为溶剂,反应物中锰离子浓度为0.16M,且pH值为中性溶液的条件下,形成棒状磷酸锰锂纳米颗粒,尺寸较为均匀,纳米棒长约100nm,直径约60nm。如果反应溶剂为四甘醇(TTEG),锰离子浓度为0.02M时,则易形成薄片状的纳米材料,其厚度小于20nm。 2.为提高LiMnPO4材料的电子导电性和离子导电性,我们以尺寸较小的LiMnPO4纳米棒为对象,采用有机碳源与其球磨、煅烧相结合的方法,对其表面进行碳包覆来改善其电化学性能。选用的有机碳源包括抗坏血酸、柠檬酸、葡萄糖、蔗糖和beta-环糊精。测试结果表明,以beta-环糊精为碳源所制备的LiMnPO4/C复合材料呈现的电池性能最为优异。在0.1C充放电倍率下,其首次放电比容量可达153.4mAh·g-1,并且循环50圈后放电容量依然保持120mAh-g-1。在此基础上,我们分析该电极性能优异的可能原因在于,每个环糊精分子中含有的含氧官能团的数量较多,容易吸附在LiMnPO4纳米棒的表面,形成的碳层导电性最优,故其储锂性能最好。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TM912;TB383.1

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