噴霧干燥制備鋰離子電池正極材料LiMnPO4-C多孔微球的工藝和性能研究.pdf

1、橄欖石結(jié)構(gòu)LiMnPO4具有理論容量高、環(huán)境友好、成本低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、高電壓平臺(tái)等優(yōu)點(diǎn)，是目前鋰離子電池正極材料研究熱點(diǎn)之一。然而較低的電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散速率限制了LiMnPO4的實(shí)際應(yīng)用。目前提高LiMnPO4性能的主要途徑有制備納米結(jié)構(gòu)材料、表面包覆導(dǎo)電材料和體相摻雜。
　　為了克服納米級(jí)LiMnPO4顆粒在合成和充放電過程中易團(tuán)聚的不足，本文以微波輔助氯化膽堿-乙二醇合成的紡錘體LiMnPO4納米顆粒為原料，采用噴霧干燥法制備

2、LiMnPO4/C多孔微球，用X-射線衍射(XRD)、高倍透射電鏡(HRTEM)、場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、拉曼光譜(Raman)、比表面積及孔徑分析(BET，BJH)、恒流充放電技術(shù)、循環(huán)伏安(CV)、電化學(xué)阻抗譜(EIS)等研究了噴霧干燥和高溫焙燒工藝對(duì)合成材料的結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能的影響,并用EIS研究了漿料濃度和焙燒溫度對(duì)LiMnPO4/C電極動(dòng)力學(xué)的影響。研究結(jié)果表明:
　　不同噴霧干燥工藝條件下得到的LiMnP

3、O4/C二次顆粒大體上都為球形，但在較低的漿料濃度、進(jìn)風(fēng)溫度、進(jìn)料速率、焙燒溫度、蔗糖用量下二次顆粒的球形度變差。LiMnPO4/C復(fù)合材料的放電比容量隨著漿料濃度、進(jìn)風(fēng)溫度、進(jìn)料速率、焙燒溫度、焙燒時(shí)間的升高而先增大后減小，隨著蔗糖用量的增大而逐漸減小，但隨著蔗糖用量增加循環(huán)性能卻逐漸變好。
　　噴霧干燥合成LiMnPO4/C多孔微球的最佳工藝條件為:噴霧干燥漿料濃度10 g·100mL-1，進(jìn)風(fēng)溫度200℃，進(jìn)料速率為1.2

4、L·h-1，高溫焙燒溫度600℃，時(shí)間5h，蔗糖用量為25 wt.％。最佳工藝條件下合成的LiMnPO4/C多孔微球的一次顆粒為長約119 nm，寬約24.5 nm的紡錘體，二次顆粒粒徑分布在40～50μm之間，平均孔徑和比表面積分別為18.50 nm、57.91m2·g-1，殘余碳含量為7.5 wt.％，碳包覆層厚度約為4nm。此條件下合成的LiMnPO4/C在1C倍率下首次放電比容量為140 mAh·g-1，100次循環(huán)后容量保有率

5、為95％，5C大倍率下放電比容量為119 mAh·g-1，表現(xiàn)出了良好的循環(huán)性能和倍率性能。
　　用電化學(xué)阻抗譜技術(shù)研究漿料濃度和焙燒溫度對(duì)所得LiMnPO4/C多孔微球的電極過程動(dòng)力學(xué)的影響。SEI擴(kuò)散活化能隨漿料濃度和焙燒溫度的增大先減小后增大，鋰離子在固體電極材料中的擴(kuò)散活化能隨著焙燒溫度的升高先減小后增大，而漿料濃度對(duì)反應(yīng)活化能和鋰離子在固體電極材料中的擴(kuò)散活化能的影響較小。
　　本文采用的合成方法可以合成球形度好、