基于层状无机-有机过渡金属磷酸盐制备LiMPO4(M=Fe,Mn)复合材料及其电化学性能
正极材料是电池的重要组成部分，它对电池技术的发展起着关键性作用。橄榄石结构磷酸铁锂由于具有比能量高，循环性能好，环保性佳，价格低廉和优异的安全性能，曾被认为是非常有前景的适用于动力电池的材料。然而，橄榄石结构正极材料由于晶体结构的缺点导致其导电性和锂离子迁移速率很差。磷酸铁锂纯相为绝缘体，电导率为10-9-10-10 S·cm-1，这大大低于过渡金属氧化物正极材料钴酸锂和锰酸锂的导电性。磷酸锰锂纯相的导电性和锂离子迁移速度比磷酸铁锂还低。为了改善电极材料的电化学性能，碳包覆是一条有效途径。碳包覆可以通过在颗粒表面形成碳包覆层以提高过渡金属磷酸盐LiMPO4的导电性。此外，在碳包覆过程中，碳的存在可以抑制LiMPO4颗粒的长大，且提供还原环境以阻止二价铁离子氧化为三价铁离子。近年，原位热解金属有机化合物(MOFs)制备碳包覆正极材料受到关注，大量MOFs作为前驱体用于制备电极材料，并取得了较好的电化学性能。然而，由于该类前驱体价格较高，制备复杂，从而限制了其应用前景。层状无机-有机化合物是一类潜在的热解前驱体材料，具有成本低，合成简单等优点，然而目前基于层状无机-有机过渡金属磷酸盐制备LiMPO4/C复合材料的报道比较少，因此本论文选择该类前驱体，通过原位热解的方式制备了LiMPO4/C复合材料，并对其电化学性能进行了研究。论文的主要内容包括: 1.基于层状无机-有机辛二胺磷酸铁为前驱体制备了LiFePO4/C复合材料，研究了锂源对LiFePO4/C复合材料电化学性能的影响。结果表明，以硝酸锂为锂源时，合成材料中LiFePO4纳米颗粒镶嵌在三维多孔碳基质中，表现出优异的电化学性能。合成的LiFePO4/C复合材料在0.1C和10C倍率下放电比容量分别达到150 mAh·g-1和80 mAh·g-1，1C倍率下充放电循环500次后的容量保持率为96.2％。 2.以层状己二胺磷酸铁为前驱体制备了LiFePO4/C复合材料，材料中碳网络不仅包覆在颗粒表面，还在颗粒间起桥连作用，颗粒粒径分布在100-200nm。材料在0.1C倍率下首次放电容量为147 mAh·g-1，10C和30C倍率下容量分别高达110 mAh·g-1和90 mAh·g-1。 3.基于层状有机-无机磷酸锰-胺为前躯体，通过与锂源混合后利用高温热处理制备了LiMnPO4/C复合材料。研究了煅烧温度、煅烧时间、不同胺源、不同锂源等对LiMnPO4/C复合材料电化学性能的影响。优化反应条件后合成了纳米形貌的LiMnPO4/C复合材料，它在C/20放电倍率下比容量达到121 mAh·g-1。
正极复合材料;制备工艺;层状无机过渡金属磷酸盐;层状有机过渡金属磷酸盐;电化学性能
中国海洋大学
硕士
材料物理与化学
柳伟
2015
中文
TM242;TM205.1
75
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）