微波溶剂热法合成LiMnPO4/C纳米片及其性能研究

摘要

橄榄石结构锂离子电池正极材料磷酸锰锂以其成本低、对环境友好、能量密度高，并且相对Li/Li+的电极电位为4.1V，兼容现有的电解液体系等优点，被认为非常具有发展潜能。然而磷酸锰锂材料固有的过低的电子传导性和离子扩散性使其电化学性能难以发挥。
　　本文以MnSO4·H2O和Li3PO4前驱体为原料，在水-二甘醇(DEG)的混合溶剂体系下，采用微波溶剂热法合成LiMnPO4/C复合正极材料，用XRD、SEM、TEM、EDS、CV、EIS和恒电流充放电技术研究了微波溶剂热合成条件对材料晶体结构、形貌特征以及电化学性能的影响。
　　结果表明:微波溶剂热条件下，块状Li3PO4前驱体与硫酸锰在较短时间内反应生成直径40～80 nm、厚度15nm的片状LiMnPO4。微波溶剂热合成LiMnPO4/C复合正极材料的工艺条件为:pH=6.8，水醇体积比为2∶5，反应温度为190℃，反应时间为5 min。此条件下合成的材料为Pmnb空间群橄榄石型结构LiMnPO4晶体。合成的LiMnPO4/C在0.1C和5C放电容量分别为131.4和85.2 mAh·g-1。1C的放电容量为108.3 mAh·g-1，循环50次后放电容量基本无衰减，容量保持率高达99.9％，显示出较好的倍率性能和循环稳定性。
　　本文的合成方法利用了混合溶剂的模板效应诱导晶体的生长和微波效应缩短高温高压下的反应时间，可考虑用于其它磷酸盐型材料的合成。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 LiMnPO4的特点

1．2 LiMnPO4的合成方法

1．2．1 高温固相法

1．2．2 水热(溶剂热)法

1．2．3 多元醇法

1．2．4 溶胶-凝胶法

1．2．5 其它合成方法

1．3 LiMnPO4的改性研究

1．3．1 颗粒纳米化

1．3．2 表面包覆

1．3．3 离子掺杂

1．4 微波溶剂热法制备锂离子电池电极材料

1．5 选题背景及研究意义

1．6 本文研究内容及创新点

第二章 实验部分

2．1 实验试剂

2．2 实验仪器

2．3 材料的合成

2．3．1 LiMnPO4的合成

2．3．2 碳包覆

2．4 材料结构与形貌表征

2．4．1 X-射线衍射分析(XRD)

2．4．2 场发射扫描电子显微镜(SEM)

2．4．3 场发射透射电子显微镜(TEM)

2．4．4 能谱分析(EDS)

2．5 材料的电化学性能测试

2．5．1 电极的制作

2．5．2 模拟电池的组装

2．5．3 流充放电测试

2．5．4 循环伏安测试

2．5．5 电化学阻抗测试

第三章 结果与讨论

3．1 前驱体的结构和形貌分析

3．2 pH的影响

3．2．1 pH对材料结构和形貌的影响

3．2．2 pH对材料电化学性能的影响

3．3 溶剂比例的影响

3．3．1 溶剂比例对材料结构和形貌的影响

3．3．2 溶剂比例对材料电化学性能的影响

3．4 反应温度的影响

3．4．1 反应温度对材料结构和形貌的影响

3．4．2 反应温度对材料电化学性能的影响

3．5 反应时间的影响

3．5．1 反应时间对材料结构和形貌的影响

3．5．2 反应时间对材料电化学性能的影响

3．6 LiMnPO4纳米片形成过程分析

3．7 合成LiMnPO4／C的结构与性能

3．7．1 LiMnPO4／C结构和形貌特征

3．7．2 LiMnPO4／C的电化学性能

3．7．3 LiMnPO4／C的电极动力学

第四章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文