纳米结构Li(Mn,Fe)PO4锂离子电池正极材料的溶剂热合成与电化学性能

来源 :浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:li359990774
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随着人们对高电压高容量电池需求越来越多,LiFePO4材料较低的能量密度已经不能适应新的要求,LiMnPO4材料的电化学性能又很差,所以能够综合两者优点的新型正极材料LiFexMn1-xPO4受到了研究人员的广泛关注。与LiFePO4相比,Mn的引入能提高材料的能量密度;与LiMnPO4相比,Fe的引入提高正极材料的电子电导和离子传导率,获得优异的倍率和循环性能。本文的第一部分就是在实验室已有的工作基础上,采用溶剂热法合成高性能的LiFexMn1-xPO4(x≤15%)纳米片,长宽约为40~100 nm,厚度为10-20 nm,为了维持高的能量密度,我们把掺铁比例控制在15%以下。本文发现,溶剂热合成的LFMP-0.15样品具有非常优异的倍率和循环性能。LFMP-0.15样品在5、10、20 C电流下,容量达到了138.0、130.0和120.9 mAhg-1,甚至在50 C下,还有96.2 mAhg-1的容量,在10C电流下,LFMP-0.15在1000个循环后还保持有89.5 mAhg-1的容量,容量维持率接近70%。我们认为LFMP样品倍率性能大幅度的提高归因于微观形貌上纳米尺寸的减小和铁掺杂可以提高电极反应动力,进而导致LFMP正极材料可以更加快速地嵌入和脱出锂离子,促使其倍率性能提高。LFMP材料长的循环寿命可能由于Fe在Mn位均匀分布后,可以有效抑制Mn离子在电解液中的溶解和晶格畸变,这有利于电极材料在电解液中的稳定性,导致电池的循环寿命增加。另外,本文用溶剂热法生成LiMnPO4纳米颗粒时,通过加入不同量的柠檬酸(CA)或抗坏血酸(VC)等一系列实验,确定使用柠檬酸作为表面活性剂,可以起到减小LiMnPO4晶粒尺寸的作用。当加入0.003mol柠檬酸的时候,LiMnPO4内米颗粒尺寸最小,大约为30-50nm,比表面积最大。LMP-3.0样品具有高的电化学活性、优异的倍率性能和循环稳定性,在5、10、20C电流下,容量分别达到了126.1、113.0和96.6 mAhg-1,在1C电流充放电500圈以后,LMP-3.0样品还能维持89.1 mAhg-1的放电容量,容量保持率均超过了60%,在10C电流下、500个循环后的容量维持率大约为70%。我们认为LMP-3.0样品电化学性能的提高归因于颗粒尺寸小易于锂离子更加快速地脱嵌,以及均匀/薄的碳层可以增强电子传输速率。
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