水热法合成LiMnPO4的混合包覆和原位碳包覆改性研究

摘要

磷酸锰锂（LiMnPO4）作为目前电解液系统稳定电化学窗口下的一种高能量密度（697Wh kg-1）的正极材料，兼具成本低廉、环境友好、安全性高的优点。但其固有的低电子和离子导电率及充放电过程中存在的晶体形变限制了LiMnPO4的高倍率性能及循环寿命，阻碍了其实用化进程。本文探讨了前驱体磷酸锂（Li3PO4）的改性对 LiMnPO4的电化学性能的影响，并在此基础上对合成的LiMnPO4进行金属氧化物与碳混合包覆以改善LiMnPO4的电化学性能。
　　本文对水热法制备LiMnPO4所用前驱体磷酸锂（Li3PO4）进行了煅烧和表面碳包覆改性研究。结果表明，煅烧能提高Li3PO4的结晶度，以5 wt％碳包覆改性的Li3PO4为前驱体所制备LiMnPO4/C颗粒的尺寸较小、团聚程度轻微，在0.1 C下的首次放电容量为131.5mAh g-1。
　　本文采用湿磨法制备金属氧化物（Co3O4、Fe2O3）和碳混合包覆的LiMnPO4。金属氧化物与碳混合包覆改性处理并不影响LiMnPO4的晶体结构；适量的金属氧化物能填补不完整碳层的空缺，在LiMnPO4表面形成完整的包覆层，这种完整的混合包覆层能有效地保护LiMnPO4不受电解液的侵蚀，提高LiMnPO4的结构稳定性。与碳包覆的LiMnPO4相比，Co3O4/C混合包覆的LiMnPO4循环性能均有明显改善，Co3O4-LiMnPO4/C样品在0.1C下循环50次的容量保持率均达到95%以上。而相同实验条件下，含2wt%的Fe2O3-LiMnPO4/C样品的容量保持率也高达96.5%。且在55℃高温循环性能也得到明显改善，表明LiMnPO4表面完整的Fe2O3/C包覆层能更好地减少Mn在电解液中的溶解，使LiMnPO4结构稳定，循环性能明显变好。
　　本文进一步采用原位法对LiMnPO4进行包碳，改善了湿磨法所制LiMnPO4/C表面碳层的不完整性。而且，水热过程中碳源（葡萄糖）的浓度对LiMnPO4的颗粒尺寸分布、形貌及电化学性能均有影响。

目录

声明

第一章 前言

1.1引言

1.2锂离子电池概述

1.3橄榄石结构的LiMPO4（M = Mn,Fe, Co, Ni）正极材料

1.4磷酸锰锂（LiMnPO4）正极材料

1.5本文研究意义

第二章 实验部分

2.1实验药品、试剂及仪器

2.2材料的制备

2.3材料的表征

2.4电极极片的制备及电池的组装

2.5正极材料电学性能测试

第三章 Li3PO4的改性对合成的LiMnPO4/C的影响

3.1引言

3.2煅烧对Li3PO4及合成的LiMnPO4/C的影响

3.3碳包覆对Li3PO4及合成的LiMnPO4/C的影响

3.4本章小结

第四章 金属氧化物和碳混合包覆对LiMnPO4电化学性能的影响

4.1引言

4.2 Co3O4和碳混合包覆改性LiMnPO4的研究

4.3 Fe2O3和碳混合包覆改性LiMnPO4的研究

4.4本章小结

第五章 原位碳包覆改性LiMnPO4的研究

5.1引言

5.2 LiMnPO4/C的制备

5.3葡萄糖用量对制备的LiMnPO4/C的影响

5.4本章小结

第六章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢