橄欖石型LiMnPO4正極材料的改性及儲能性能的研究.pdf

1、橄欖石型結構的LiMPO4(M=Fe、Mn、Ni、Co)因其成本低、環(huán)境友好和結構穩(wěn)定等優(yōu)點被認為是最有潛力的正極材料，且其家族中的LiFePO4已經商業(yè)化。現在，具有高對鋰電勢（4.1 V）和高理論能量密度（697 Wh/kg）的LiMnPO4被認為是下一代鋰離子電池正極材料。但LiMnPO4有其自身的缺陷如電子導電率和鋰離子擴散系數都較低、Mn3+的Jahn-Teller效應等，這就限制了其電化學性能，特別是在大倍率下的放電性能。<

2、br>　　本文主要從導電相炭表面包覆、顆粒尺寸納米化和形貌控制、Fe離子摻雜這三個方面對LiMnPO4進行改性研究，以提高其電化學性能，并探索了不同的制備方法和工藝條件對其結構、形貌及電化學性能的影響。主要研究內容及成果包括以下兩個方面：
　　(1)：選用共沉淀法制備的MnPO4·H2O和FePO4為前驅體，利用改進的固相法合成了LiMnPO4和LiMn1-xFexPO4系列正極材料。研究了碳源、含碳量和Mn/Fe比等因素對產品物

3、理和電化學性能的影響，得出當以兩親性炭材料（ACM）為碳源，碳源含量為15％，且Mn/Fe比為0.6/0.4時制備的LiMn0.6Fe0.4PO4/C材料具有最高的導電率、最適合Li+遷移的晶格結構和最優(yōu)異的電化學性能，尤其是其倍率性能。且根據Randles-Sevcik公式計算的鋰離子擴散系數D(Li-Mn)為5.49×10-10 cm2/s，可見適量的Fe嵌在LiMnPO4的Mn位置上能有效的改善其電化學性能。
　　(2)：以

4、聚乙二醇400/水為溶劑，采用溶劑熱法合成了LiMn1-xFexPO4(x=0.2,0.3,0.4,0.5)前驅體，然后與ACM混合，在惰性氣體下煅燒制備了LiMn1-xFexPO4納米棒狀顆粒。PEG400的加入促使晶體沿著ac面擇優(yōu)生長，使b軸方向距離最短，加快Li+的遷移速率。同時探索了煅燒溫度和Mn/Fe比等對產品的影響，得出了最優(yōu)化的工藝參數。當煅燒溫度為700℃， Mn/Fe為0.5/0.5時制備的LiMn0.5Fe0.5P

5、O4/C的棒狀厚度約為30 nm，顆粒結晶性完整，Li+擴散速率快，電化學性能最好。
　　(3)：通過對比發(fā)現，這兩種合成方法制備的LiMn1-xFexPO4/C(x=0.2,0.3,0.4,0.5)的結構和電化學性能差異很大，得到的最優(yōu) Mn/Fe比也不一樣，且LiMn0.6Fe0.4PO4的性能差異最明顯。這是因為不同的合成方法和工藝合成條件會影響材料的結晶性、顆粒形貌、Mn/Fe原子在晶體內的分布及電極動力學行為，進而會影響