微波多元醇法合成锂离子电池正极材料LiMnPO4/C研究

摘要

LiMnPO4因其能量密度高、循环寿命长、安全性好、价廉环保等优点成为新一代锂离子电池的候选正极材料。但LiMnPO4材料极低的本征离子、电子电导率严重阻碍了其实际应用。
　　本文以MnSO4·H2O、H3PO4(85％)、LiOH·H2O为原料，二甘醇(DEG)和水为溶剂，采用微波辅助多元醇法制备了LiMnPO4/C。并采用XRD、SEM、TEM、FT-IR、CV、EIS、恒电流充放电等表征手段研究了合成工艺对材料形态结构和电化学性能的影响。
　　研究发现表面活性剂的种类和用量对合成LiMnPO4的粒径和形貌有很大的影响。不添加表面活性剂合成的LiMnPO4为粒径较大的纺锤状，长约200nm、宽约50nm; CTAB则使得晶体变成更加均匀细小的梭状颗粒，但出现颗粒团聚;PVPk30辅助制备的LiMnPO4为片状，粒径为100-150nm;PVPk90辅助制备的LiMnPO4的粒径虽变小但出现了团聚，形貌为棒状和纺锤状;当PVPk30浓度升高至0.2M后产物粒径进一步变小至70nm左右。
　　微波多元醇法合成片状LiMnPO4/C的工艺条件为:二甘醇/水的体积比15/2、微波反应温度120℃、微波反应时间30min、搅拌速率700rpm、表面活性剂PVPk30的浓度0.2M、蔗糖用量为35wt％、预处理温度300℃、预处理时间1h、焙烧温度600℃、焙烧时间5h。此条件下合成的LiMnPO4/C具有Pmnb空间群橄榄石型结构，是直径50-80nm、厚度约10nm的纳米片，表面包覆一层约5nm的碳。所得LiMnPO4/C的1C放电比容量为127.0mAh·g-1，50次循环后容量保持率达95.3％。

目录

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摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 LiMnPO4晶体结构与反应机理

1．3 LiMnPO4材料主要合成方法

1．4 LiMnPO4存在问题及其改性研究

1．5 选题背景与研究意义

1．6 研究内容与创新点

第二章 实验部分

2．1 实验主要原材料与设备

2．2 材料的合成

2．2．1 LiMnPO4材料的合成

2．2．2 碳包覆

2．3 材料的形态结构表征

2．3．1 X-射线衍射分析(XRD)

2．3．2 扫描电子显微镜(SEM)

2．3．3 场发射透射电子显微镜(HRTEM)

2．3．4 电阻率测试

2．3．5 碳元素分析

2．3．6 比表面积测试

2．3．7 红外光谱分析

2．4 材料的电化学性能测试

2．4．1 正极片制备

2．4．2 电池组装

2．4．3 充放电测试

2．4．4 循环伏安测试(CV)

2．4．5．交流阻抗测试(EIS)

第三章 结果与讨论

3．1 正交实验

3．2 表面活性剂种类的影响

3．2．1 对材料物相和形貌的影响

3．2．2 对材料电化学性能的影响

3．3 表面活性剂PVPK30浓度的影响

3．3．1 对材料物相和形貌的影响

3．3．2 对材料电化学性能的影响

3．4 搅拌转速的影响

3．4．1 对材料物相和形貌的影响

3．4．2 对材料电化学性能的影响

3．5 蔗糖用量的影响

3．5．1 对材料物相和形貌的影响

3．5．2 对材料电化学性能的影响

3．6 焙烧时间的影响

3．6．1 对材料物相和形貌的影响

3．6．2 对材料电化学性能的影响

3．7 焙烧温度的影响

3．7．1 对材料物相和形貌的影响

3．7．2 对材料电化学性能的影响

第四章 结论

参考文献

致谢