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(jié)構(gòu)的磷酸鹽材料具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和循環(huán)性能，其中，由于錳元素具有資源豐富，無(wú)毒的優(yōu)點(diǎn)，使得磷酸錳鋰一直是當(dāng)今鋰離子電池正極材料的研究熱點(diǎn)之一，具有廣闊的發(fā)展前景。
　　本文通過(guò)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(duì)其各種物理及其化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。通過(guò)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(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和元素價(jià)態(tài)進(jìn)行了表

2、征，通過(guò)透射電子顯微鏡(TEM)分別對(duì)產(chǎn)物的形貌進(jìn)行了表征，通過(guò)循環(huán)伏安法(CV)、恒電流充放電測(cè)試儀以及電化學(xué)交流阻抗(EIS)分別對(duì)產(chǎn)物的電化學(xué)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(duì)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、種類(lèi)及其合成方法以及各種鋰離子電池正極材料的電化學(xué)性能做了概括、并對(duì)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(yīng)用領(lǐng)域，并對(duì)電極的制備和電池的組裝過(guò)程作了詳細(xì)介紹。
　　第三章研究了LiMnPO4顆粒流變相法合成及其電化學(xué)性能。在其流變相合成過(guò)程中，研究了包括表面活性劑、煅燒溫度和質(zhì)量比對(duì)最終產(chǎn)物的影響。XRD結(jié)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(yīng)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(jié)構(gòu)，Pmnb點(diǎn)群，晶型良好，結(jié)晶度較高，TEM結(jié)果表明，所得產(chǎn)物

4、的粒徑約為300-500 nm，且分布均勻；通過(guò)恒電流充放電測(cè)試和循環(huán)伏安測(cè)試，結(jié)果表明，放電容量為13.9 mAh/g，且充放電平臺(tái)與Mn3+/Mn2+的氧化還原電位相對(duì)應(yīng)；交流阻抗測(cè)試（EIS）結(jié)果表明，所得產(chǎn)物具有較大的表面阻抗，為180Ω。接著對(duì)Mg摻雜后的LiMnPO4材料進(jìn)行的上述相同的表征，結(jié)果表明，摻雜后的LiMnPO4結(jié)晶度進(jìn)一步增加，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)一步增強(qiáng)，其作為鋰離子電池正極材料的電化學(xué)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(xué)性能。XRD結(jié)果表明，所得的LiMnPO4顆粒為純相，具有良好的晶型結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度較高；FTIR結(jié)果表明，反應(yīng)后產(chǎn)物顆粒表面粘附的少量PVP分子；通過(guò)TEM表征，結(jié)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(jìn)行恒電流測(cè)試，其放電容量為5.58mAh/g，表現(xiàn)出一定的電化學(xué)性能；進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行循環(huán)伏

6、安測(cè)試和交流阻抗測(cè)試，對(duì)其作為鋰離子電池正極材料的充放電機(jī)理有了初步的探索。
　　第五章研究了不同反應(yīng)條件下的LiMnPO4的水熱合成及其電化學(xué)性能。XRD結(jié)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(jié)晶度；XPS結(jié)果表明，產(chǎn)物中Mn為+3價(jià)；TEM結(jié)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(guò)高倍透射電子顯微鏡（HETEM）表征，其結(jié)果表明，所得LiMnPO4棒狀顆粒沿著（02