鋰離子電池正極材料LiFe1-xMnxPO4的性能研究.pdf

1、　　針對 LiFePO4本身的電導(dǎo)率低、離子遷移率低、比能量低等缺點,采用碳包覆和金屬離子摻雜的方法對材料進行改性研究。利用程控恒流充放電測試儀并結(jié)合SEM、XRD、激光粒度儀等手段對所得材料樣品的電化學(xué)性能、結(jié)構(gòu)和形貌進行了研究。著重研究不同Mn2+含量的材料中的M n對材料的物理和化學(xué)性能的影響。實驗證明,通過碳包覆和適量Mn2+的替代可以提高電子導(dǎo)電率并縮小材料粒徑,改善材料的電化學(xué)性能。由于M n2+/M n3+對Li/Li+電

2、位為4.1 V,略高于Fe2+/Fe3+對Li/Li+的電位(3.4V),因此在保持較高的比容量的情況下材料的比能量就得到了提高。
　　本文首先以 FeC2O4·2H2O、Li2CO3、NH4H2PO4、葡萄糖為原料通過高溫固相法合成LiFePO4/C 正極復(fù)合材料并對合成工藝進行優(yōu)化,以期得到最佳合成工藝。研究表明,分別以合成溫度、合成時間、Li/Fe摩爾比、摻碳量(C/Fe摩爾比)為考察因素,通過設(shè)計4因素3水平的正交實驗

3、確定合成LiFePO4/C最佳工藝參數(shù),即Li/Fe摩爾比1.00、摻碳量1.5、合成時間8h、合成溫度700oC,此條件下合成出的樣品為結(jié)晶良好的單一橄欖石結(jié)構(gòu)LiFePO4/C,其室溫下0.2C倍率的放電比容量為140.6mAh/g。
　　以合成 LiFePO4/C 的最佳合成工藝為基礎(chǔ)合成不同 Mn含量的材料,研究了不同 Mn含量對 LiFe1-xMnxPO4/C 結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明,所得樣品依然為具有

4、規(guī)則橄欖石型結(jié)構(gòu)的單一物相。當(dāng)Mn含量為 x=0.2時制備的LiFe0.8Mn0.2PO4/C正極材料表現(xiàn)出最佳的常溫電化學(xué)性能,常溫下0.2C倍率下的放電比容量為142.1mAh/g,比能量為488.51Wh/kg,較LiFePO4(477.29Wh/kg)比能量提高了11Wh/kg。與此同時材料的倍率性能也提高了：x=0、x=0.04、x=0.2三個樣品在3C倍率下的放電比容量為109.8、109.9和115 mAh/g,在5C的倍