纳米片状LiMnPO4/C复合材料的制备与改性研究

来源 :湘潭大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lwllwl200315
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LiMnPO4作为锂离子电池正极材料,由于其电压平台较高,原材料来源丰富,以及安全性好等优点,被认为是商业LiFePO4的替代材料。然而由于其自身晶体结构所带来的电子导电率低和锂离子迁移速率差等缺点制约了其电化学性能的发挥。针对这些问题,本文通过合成LiMnPO4纳米片、三维多孔氮掺杂石墨烯修饰LiMnPO4以及膨胀石墨诱导合成(010)最大暴露面LiMnPO4等来提高材料的电化学性能。通过控制溶剂热过程中LiOH和H3PO4的摩尔比,合成出不同形貌的LiMnPO4材料,当LiOH和H3PO4的摩尔比为2.5:1时,LiMnPO4颗粒呈纳米片状。一方面一次粒子纳米化能使晶体中的Li+传输位移缩短,提高了Li+的迁移速率,另一方面表面包覆碳层能显著改善材料的电子电导率,通过对材料的电化学性能研究,发现材料在0.2 C下的放电比容量为130 mAh g-1,在10 C的大倍率电流密度下仍有50 mAh g-1可逆容量。为了进一步改善材料的导电性以及抑制材料一次粒子的团聚,采用溶剂热法,在N掺杂石墨烯气凝胶表面原位生长LiMnPO4,N掺杂石墨烯构成的三维导电网络提高了材料的电子导电率,大的比表面积提供了更多的电化学活性位点,氮掺杂的改性,增强了材料对有机电解液的浸润性。该复合材料在0.2 C的电流密度下放电比容量为143 mAh g-1,在1 C电流密度下放电比容量为130 mAh g-1,循环100次容量保持率为90%,在10 C大倍率下的放电比容量高达92 mAh g-1。采用溶剂热法,利用膨胀石墨表面呈电负性以及LiMnPO4晶体在(010)面与氢键有强相互作用这些特性,在膨胀石墨表面诱导生成具有(010)优势晶面的LiMnPO4,(010)晶面取向能缩短晶体内部的锂离子迁移路径,同时LiMnPO4与膨胀石墨以面对面的结合方式,加快了材料与材料之间的锂离子和电子传输,该材料在1 C下首次放电比容量为130 mAh g-1,循环200次后容量保持率为100%,在10 C的大倍率下首次放电比容量为102 mAh g-1,1000次循环后容量保持率为72%。
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