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LiMnPO4作为锂离子电池正极材料具有比容量大、能量密度高等优点,成为具有潜在应用前景的电池材料。但是,由于受到Mn3+的Jahn-Teller效应的影响,又存在Mn3+/Mn2+电对可逆性差的缺点,导致该材料的电化学性能差,尤其是循环性能和倍率性能。本文借助Fe对LiMnPO4离子掺杂来稳定结构,分别采用了共沉淀法结合高温固相法和高温固相法合成了LiMnxFe(1-x)PO4/C(0.1≤x≤0.9)正极材料和离子掺杂的LiMnPO4正极材料。 采用共沉淀法制备了MnxFe(1-x)C2O4·2H2O(0.1≤x≤0.9)前驱体,再经由高温固相法最终合成了LiMnxFe(1-x)PO4/C(0.1≤x≤0.9)正极材料。经XRD表征,晶体结构属斜方晶系,Pmnb空间群,不含杂质峰,形成了有效的固溶体;经计算,LiMnxFe(1-x)PO4/C(0.6≤x≤0.8)的晶胞参数a,b,c随着x的不断增加而增大。样品LiMn0.2Fe0.8PO4/C在0.1 C倍率下,获得了116 mA·h/g的首次放电容量,在30次循环之后,下降到106 mA·h/g,容量保持率为91%;样品 LiMn0.6Fe0.4PO4/C获得了120 mA·h/g的首次放电容量,在30次循环之后,下降到88 mA·h/g,容量保持率为73%。 相对于LiMn0.2Fe0.8PO4/C正极材料,LiMn0.6Fe0.4PO4/C具有相对更高的放电平台,所以选择LiMn0.6Fe0.4PO4为研究对象。分别以葡萄糖、柠檬酸、蔗糖、乳糖为碳源对其进行碳包覆。经XRD表征,所得材料晶体结构均属斜方晶系,Pmnb空间群,不含杂质峰,不存在结晶态的碳的衍射峰。其中以蔗糖为碳源进行碳包覆的LiMn0.6Fe0.4PO4正极材料的电化学性能获得相对较好的改善,在0.1 C倍率下,样品获得124 mA·h/g的首次充电容量,在30次循环之后,下降到106 mA·h/g,容量保持率为85%。 分别以Co2+、Ni2+、Ce3+、F-为掺杂离子对LiMnPO4正极材料进行掺杂,制备得到不同离子掺杂的LiMnPO4和未掺杂的LiMnPO4正极材料。对材料进行XRD表征,该材料为纯相,合成了有效的固溶体。不含掺杂离子的LiMnPO4正极材料,在0.1C倍率下,首次放电比容量为83.5 mA·h/g,经过30次循环之后,材料的放电比容量衰减至43 mA·h/g,比容量保持率为51%。以Ce3+掺杂得到的LiMn0.99Ce0.01PO4/C正极材料电化学性能提高最为显著,该正极材料0.1 C倍率下的首次放电比容量为97 mA·h/g,经过30次循环之后,材料的放电比容量衰减至90 mA·h/g,比容量保持率为93%。