论文部分内容阅读
橄榄石型LiMnPO4具有生产成本低、对环境友好、热稳定性好等优点而备受关注,其理论比容量为170 mAh·g-1,具有4.1V(vs.Li+/Li)的平缓放电平台,且与目前应用的大部分电解液具有良好的匹配性。但是LiMnPO4作为锂离子电池正极材料,还存在电子导电率低、离子扩散系数小、循环性能欠佳等一些问题。本文通过对LiMnPO4进行碳包覆及掺Fe改性来改善材料的上述问题,并取得了一定的成绩。
本文采用MnO2、Mn(Ac)2和MnCO3为锰源,通过改进的高温固相法制备了纯相LiMnPO4/C,研究了不同锰源对LiMnPO4/C的物理性能和电化学性能的影响。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析了样品的物相结构和表面形貌,用Land电池测试系统和电化学工作站对材料进行充放电和循环伏安测试。实验结果表明:以Mn(Ac)2为锰源制备的LiMnPO4/C材料,组装成扣式电池后,表现出较好的循环稳定性和较高的可逆比容量,以0.2C在2.7～4.5V电压范围内充放电,首次放电比容量为95.7 mAh·g-1,首次库仑效率为84.6％；第25次循环后的放电比容量为108.9 mAh·g-1。
在上述实验基础上,为进一步改善材料的循环性能,对LiMnPO4/C材料进行了掺杂铁离子的改性实验,以Mn(Ac)2、LiMnPO4和FeC2O4为原料,采用经改善的高温固相法制备了LiMn1-x FexPO4/C(x=0.2、0.4、0.6)复合正极材料,通过XRD、SEM表征分析和充放电、循环伏安测试,研究了不同掺杂量对材料物理性能和电化学性能的影响。结果表明:不同的掺杂量对电极材料的性能有很大影响,其中当x=0.4时,即LiMn0.6Fe0.4PO4/C材料具有优异的循环稳定性和较高的可逆容量,首次放电比容量达到125.7 mAh·g-1,首次库仑效率高达88.8％,经25次循环后,该电极的放电容量为125.5 mAh·g-1,容量保持率为99.8％。
为研究当Mn:Fe=6:4时,锰源对LiMn0.6Fe0.4PO4/C复合材料性能的影响,采用MnO2、Mn(Ac)2和MnCO3为锰源,用相同的方法制备了三种LiMn0.6Fe0.4PO4/C复合正极材料,并通过XRD和SEM表征分析了材料的物相结构和表面形貌,用Land电池测试系统测试了材料的充放电性能。结果表明:以Mn(Ac)2为锰源制备的LiMn0.6Fe0.4PO4/C正极材料的首次放电比容量和首次效率最高,循环稳定性也最好,再次验证了前述结论的可靠性,即在其它条件相同时,以Mn(Ac)2为锰源制备的材料的性能最好。