磷酸锰铁锂基正极材料的组成调控、制备优化与电化学性能研究

发布时间：2020-04-16 10:14

【摘要】：橄榄石型正极材料LiFe_(0.5)Mn_(0.5)PO_4由于其突出的特性,目前已大规模商业化,然而橄榄石结构磷酸盐基化合物固有的缺点,如电子导电率低、锂离子一维扩散速率缓慢以及反位缺陷的存在,对材料的倍率性能与循环性能产生严重影响。为了克服高性能LiFe_(0.5)Mn_(0.5)PO_4材料大规模应用所面临的问题,如复杂的合成工艺、纳米尺寸材料的低体积能量密度等,本论文首先采用溶胶-凝胶法和固相煅烧法制备LiFe_(0.5)Mn_(0.5)PO_4/C复合材料,并对比分析了两种制备方法所合成材料的形貌结构与电化学性能。在此基础上,论文详细探讨了在固相煅烧法中球磨方式、煅烧温度、含碳量、碳源种类、预烧时间等不同工艺参数对产物形貌结构以及电化学性能的影响,获得制备LiFe_(0.5)Mn_(0.5)PO_4/C复合材料的最佳工艺条件。利用XRD、N_2-吸附脱附、FTIR、Raman、SEM、TEM和XPS等表征方式对材料进行组成和结构分析;以合成的材料为正极活性物质制作电极片并装配成扣式电池,在不同测试条件下对扣式电池进行充放电测试,利用充放电曲线、CV曲线以及电化学阻抗谱图等对材料的电化学性能进行分析。本论文的主要研究工作如下:采用表面活性剂辅助球磨的两步固相煅烧法合成原位碳包覆的LiFe_(0.5)Mn_(0.5)PO_4/C锂离子电池正极材料。考察不同球磨方式、煅烧温度、碳含量、碳源种类和预烧时间等工艺参数对橄榄石型LiFe_(0.5)Mn_(0.5)PO_4/C锂离子电池正极材料的影响。研究结果表明,干湿混磨的球磨方式是制备性能较好的磷酸锰铁锂材料的合适选择。合适的煅烧温度与含碳量有利于实现晶体的高结晶度以及均匀的碳包覆,从而提高材料的电化学性能。在含碳量基本相同的情况下,碳源的种类对材料的形貌、结构以及电化学性能有较大影响,以聚乙烯醇和蔗糖的混合物为碳源时,能得到具有均匀碳包覆层、合适孔结构、较小粒径的材料,这些优越的微观特性可以有效地改善材料的电化学性能。预烧时间对材料的形貌有很大影响,过短或过长的预烧时间都会导致材料电化学性能下降,最佳的预烧时间为5 h。制备非化学计量比的三种橄榄石型Li_(1.05)Fe_(0.5)Mn_(0.5)PO_4、Li_(1.05)Fe_(0.5)Mn_(0.45)PO_4和Li_(1.05)Fe_(0.45)Mn_(0.5)PO_4正极材料并对材料进行结构和电化学性能分析。结果表明:通过非化学计量的策略,可进一步提高磷酸锰铁锂材料的电化学性能,三种橄榄石型Li_(1.05)Fe_(0.5)Mn_(0.5)PO_4、Li_(1.05)Fe_(0.5)Mn_(0.45)PO_4和Li_(1.05)Fe_(0.45)Mn_(0.5)PO_4正极材料,在0.1 C倍率下的能量密度分别为574.86 Wh·kg~(-1)、580.18 Wh·kg~(-1)和582.52 Wh·kg~(-1)。
【图文】：

形貌,形貌,高导电性,原理

第一章绪论料[15]。作者将高导电性的 N-CNT 均匀分以促进电子和锂离子的扩散速率。LiFePO4/N况下，，可提供 138 mAh·g-1的可逆放电容量。

形貌,多孔复合材料,形貌结构,放电容量

4下，可提供 138 mAh·g-1的可逆放电容量。iMn0.75Fe0.25PO4/rmGO 材料的制备原理与形貌 principle and morphology of LiMn0.75Fe0.25PO4
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM912

【参考文献】