锂离子电池正极材料LiMn0.6Fe0.4PO4的合成与电化学性能研究

摘要

橄榄石结构的LiMnxFe1-xPO4是很有前景的锂离子动力电池材料。与三元、富锂材料相比，有热稳定性高、循环寿命长和环保的优点；与LiFePO4相比，具有较高的比能量。本文使用溶胶-凝胶法和溶剂热法合成LiMn0.6Fe0.4PO4，研究不同合成条件对材料的影响，寻找最优的合成工艺。
　　两种方法对产物的形貌影响不同:溶胶-凝胶法倾向于生成球形或类球形颗粒，也有部分碎渣，产物形貌受煅烧过程中的参数影响较大；溶剂热法则容易制备米粒状的颗粒，煅烧过程中各种参数对形貌影响较小。
　　在溶胶-凝胶法中煅烧温度对材料的尺寸有明显影响，随着煅烧温度的增加，颗粒的粒径不断增大，可能是高温加快了相互接触的颗粒之间的熔解与合并。在考察碳源用量时，发现在溶胶-凝胶法中碳源用量增加时，样品的比容量有下降趋势，阻抗变化无规律。在探究碳源种类的影响时，发现β-环糊精有利于促进生成有晶格缺陷的小粒径产物，这是因为β-环糊精较长的碳链骨架限制了晶粒长大；产物中的晶格缺陷多和导电碳链骨架长，都有利于提高材料的导电性。
　　在溶剂热法中，晶粒尺寸小的样品扩散能力强，晶体结构偏离理想晶体结构较远的样品导电性好。该规律可以用来指导使用溶剂热法可控地合成具有良好导电性和优异扩散能力的样品。然而在溶胶-凝胶法中，并没有发现与之类似的规律。
　　综合所有结果确定合成工艺:在溶胶-凝胶法中，投料比为Li:Mn:Fe:P=1:0.6:0.4:1,使用质量分数（碳源:LMFP）为10％的β-环糊精作为碳源；使用溶胶-凝胶法制备出前驱体之后，在氢氩混合气（H2体积比5%）中经过350℃预烧4h，研磨，再经过650℃煅烧12h。此时，样品的首次效率为91.23%，0.2C时比容量为94mAh/g。在溶剂热法中，投料比为Li:Mn:Fe:P=3:0.6:0.4:1；反应时间为12h，温度180℃；碳源是10wt.%（碳源:LMFP）的β-环糊精；在氢氩混合气（H2体积比5%）中经过350℃预烧4h之后研磨，再在650℃煅烧12h。这时样品的首次充放电效率为85.08%，0.2C时比容量约为110mAh/g。

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第1章 绪论

1.1 LiMnxFe1-xPO4的概述

1.2 LiMnxFe1-xPO4的合成研究

1.3 LiMnxFe1-xPO4的改性研究

1.4 LiMnxFe1-xPO4的结构与机理研究

1.5 本文的主要研究内容及意义

第2章 实验原料及实验方法

2.1 实验药品及仪器

2.2 制备方法

2.3 材料的物理表征方法和含量分析

2.4 电化学性能测试

第3章 溶胶-凝胶法制备LiMn0.6Fe0.4PO4的研究

3.1 煅烧时间对LiMn0.6Fe0.4PO4的影响

3.2 煅烧温度对LiMn0.6Fe0.4PO4的影响

3.3 锂源用量对LiMn0.6Fe0.4PO4的影响

3.4 碳源用量对LiMn0.6Fe0.4PO4的影响

3.5 碳源种类对LiMn0.6Fe0.4PO4的影响

3.6 本章小结

第4章 溶剂热法制备LiMn0.6Fe0.4PO4的研究

4.1 反应时间对LiMn0.6Fe0.4PO4的影响

4.2 煅烧温度对LiMn0.6Fe0.4PO4的影响

4.3 锂源用量对LiMn0.6Fe0.4PO4的影响

4.4 碳源用量对LiMn0.6Fe0.4PO4的影响

4.5 碳源种类对LiMn0.6Fe0.4PO4的影响

4.6 本章小结

结论

参考文献

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