鋰離子電池正極材料LiMnPO4的合成及其性質(zhì)研究.pdf

1、鋰離子電池正極材料中，具有橄欖石結構的磷酸鹽材料具有良好的結構穩(wěn)定性和循環(huán)性能，其中，由于錳元素具有資源豐富，無毒的優(yōu)點，使得磷酸錳鋰一直是當今鋰離子電池正極材料的研究熱點之一，具有廣闊的發(fā)展前景。
　　本文通過采用不同的合成方法成功合成出橄欖石型磷酸錳鋰鋰離子電池正極材料，并對其各種物理及其化學性質(zhì)進行了研究。通過X-射線衍射儀(XRD)、傅立葉紅外光譜（FTIR）、X-射線光電子能譜(XPS)分別對產(chǎn)物的結構和元素價態(tài)進行了表

2、征，通過透射電子顯微鏡(TEM)分別對產(chǎn)物的形貌進行了表征，通過循環(huán)伏安法(CV)、恒電流充放電測試儀以及電化學交流阻抗(EIS)分別對產(chǎn)物的電化學性能做了一系列系統(tǒng)的研究。研究表明，材料的各種性能相互之間均能產(chǎn)生影響。
　　第一章介紹了鋰離子電池的發(fā)展、鋰離子電池的組成及工作原理，并對其結構特點、種類及其合成方法以及各種鋰離子電池正極材料的電化學性能做了概括、并對橄欖石型鋰離子電池的正極材料的發(fā)展作出了展望。
　　第二章主

3、要介紹了本文所用儀器的原理及應用領域，并對電極的制備和電池的組裝過程作了詳細介紹。
　　第三章研究了LiMnPO4顆粒流變相法合成及其電化學性能。在其流變相合成過程中，研究了包括表面活性劑、煅燒溫度和質(zhì)量比對最終產(chǎn)物的影響。XRD結果表明，使用前驅(qū)體質(zhì)量比與檸檬酸為2:1的混合物于750℃煅燒最優(yōu)反應條件，該條件下所得LiMnPO4顆粒為純相，屬正交晶系，具有橄欖石結構，Pmnb點群，晶型良好，結晶度較高，TEM結果表明，所得產(chǎn)物

4、的粒徑約為300-500 nm，且分布均勻；通過恒電流充放電測試和循環(huán)伏安測試，結果表明，放電容量為13.9 mAh/g，且充放電平臺與Mn3+/Mn2+的氧化還原電位相對應；交流阻抗測試（EIS）結果表明，所得產(chǎn)物具有較大的表面阻抗，為180Ω。接著對Mg摻雜后的LiMnPO4材料進行的上述相同的表征，結果表明，摻雜后的LiMnPO4結晶度進一步增加，結構穩(wěn)定性進一步增強，其作為鋰離子電池正極材料的電化學性能取得較大改善。
　　

5、第四章研究了LiMnPO4棒狀顆粒的混合溶劑法合成及其電化學性能。XRD結果表明，所得的LiMnPO4顆粒為純相，具有良好的晶型結構，結晶度較高；FTIR結果表明，反應后產(chǎn)物顆粒表面粘附的少量PVP分子；通過TEM表征，結果表明，所得的產(chǎn)物為棒狀顆粒，粒徑約為200-600 nm，尺寸分布均勻。將所得的LiMnPO4棒狀顆粒作為鋰離子電池正極材料進行恒電流測試，其放電容量為5.58mAh/g，表現(xiàn)出一定的電化學性能；進一步對其進行循環(huán)伏

6、安測試和交流阻抗測試，對其作為鋰離子電池正極材料的充放電機理有了初步的探索。
　　第五章研究了不同反應條件下的LiMnPO4的水熱合成及其電化學性能。XRD結果表明，所得的LiMnPO4顆粒均為純相，具有良好的晶型和較高的結晶度；XPS結果表明，產(chǎn)物中Mn為+3價；TEM結果表明，所得產(chǎn)物有棒狀顆粒和正方體顆粒，尺寸范圍為300-800nm，通過高倍透射電子顯微鏡（HETEM）表征，其結果表明，所得LiMnPO4棒狀顆粒沿著（02