LiMnPO4在多元醇/水体系中的制备及CeO2/C混合包覆改性研究

摘要

磷酸锰锂(LiMnPO4)正极材料由于具有能量密度高、稳定性好、环境友好、成本低等优点，成为近年来锂离子电池正极材料的研究热点。但是该材料内在的低电子导电性和慢锂离子扩散速率严重制约了其实际应用。目前研究者多通过优化合成条件、表面碳包覆、金属离子掺杂等方式来提高LiMnPO4的电化学性能。
　　本文在多元醇/水体系中采用多元醇回流法制备了LiMnPO4，并探索了反应温度、反应时间及不同表面活性剂对其形貌和电化学性能的影响。研究结果表明，多元醇法制备LiMnPO4的最优条件为：反应温度115℃，反应时间12h，表面活性剂选择聚乙二醇(PEG2000)且PEG2000与LiMnPO4的质量比为4:1。此条件下所制备的LiMnPO4呈片状形貌，但是由于二次颗粒由一次颗粒紧密压实形成，且该条件下所制备的LiMnPO4结晶度不高，在0.1C(1C=171mAg-1)下仅能获得58.0mAhg-1的放电容量。
　　本文采用多元醇辅助的水热法制备了LiMnPO4，重点探索了不同原料对所制备的LiMnPO4形貌及电化学性能的影响。结果表明，当采用磷酸锂(Li3PO4)和硫酸锰(MnSO4·H2O)为原材料时，获得的LiMnPO4颗粒的形貌呈类片状，尺寸较小，0.1C下容量可达105.0mAhg-1左右，且循环性能稳定。
　　本文采用湿化学法对LiMnPO4表面进行CeO2和碳的混合包覆研究。结果表明，与表面只有碳包覆相比，CeO2和碳的混合包覆不仅可以提高LiMnPO4材料的放电比容量，而且能显著改善其循环性能。在CeO2的最佳包覆量(0.25wt.％)条件下制备的样品在0.1C下可放出139.9mAhg-1的初始比容量，循环50周后容量保持率为86.1%。XRD、SEM及TEM测试结果表明，CeO2和碳的混合包覆层能成功包覆在LiMnPO4表面，且CeO2填补了表面不连续碳层中的空缺；交流阻抗和循环伏安测试结果表明，CeO2和碳的混合包覆能更有效地提高材料的电子导电性及保持主体材料的结构稳定性。

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第一章 绪 论

1.1引言

1.2锂离子电池正极材料概述

1.3磷酸盐系(LiMPO4)正极材料

1.4 磷酸锰锂(LiMnPO4)正极材料

1.5本论文研究意义及主要内容

第二章 实验部分

2.1主要药品、试剂及仪器

2.2正极材料的表征

2.3电池组装及电化学性能测试

第三章 磷酸锰锂(LiMnPO4)的优化合成

3.1 引言

3.2 LiMnPO4正极材料的多元醇合成法

3.3多元醇辅助的水热法制备LiMnPO4正极材料

3.4 本章小结

第四章 CeO2/C混合包覆对LiMnPO4电化学性能的影响

4.1引言

4.2 CeO2/C包覆LiMnPO4的制备

4.3 XRD测试

4.4 电化学性能测试

4.5 SEM表征

4.6 TEM表征

4.7 循环伏安测试

4.8 交流阻抗测试

4.9 循环后XRD测试

4.10 循环后TEM测试

4.11 本章小结

第五章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢