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LiMnPO4基锂离子电池正极材料研究

作　者: 刘山
导　师: 戴永年
学　校: 昆明理工大学
专　业: 有色金属冶金
关键词: LiMnPO4基正极材料 不同原料合成 碳含量优化 非计量合成
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


锂离子电池具有轻巧、便携、高能等特点,目前已广泛应用于电动车、数码相机、笔记本电脑等便携设备。而研发一种具有更高能量密度,更高安全性的电极材料,使其更好的适应市场需求,是目前锂离子电池研究的重点。橄榄石型正极材料LiMnPO4以其4.1V的高电压平台、廉价的成本及卓越的安全性等优点,被越来越多的人所关注。然而其本身较低的离子和电子导电性,严重限制了其电化学性能的发挥,成为其实用化的一道屏障。本文在碳包覆铁镁共取代LiMnPO4的基础上,以改善正极材料LiMn0.8Fe0.19Mg0.01PO4/C的电化学性能为主要目的,首先考察了不同原料对其结构、形貌及电化学性能的影响。研究发现,不同原料对材料LiMn0.8Fe0.19Mg0.01PO4/C的形成过程与最终产物都有比较显著的影响。并且以LiH2PO4为共同锂源和磷源,乙酸锰为锰源制备的样品,由于颗粒尺寸小且分布均匀,而具有最好的电化学性能。接着考察了不同碳含量及不同升温速率对材料LiMn0.8Fe0.19Mg0.01PO4/C电化学性能的影响。实验发现,由于LiMn0.8Fe0.19Mg0.01PO4电子导电性差,通过包覆一定量的碳(<10.5wt.%)可以起到有效改善其导电性的作用。但当碳含量超过10.5wt.%时,随着碳含量的增加,材料的电化学性能反而会越来越差。在本实验中,当残余碳含量降低至4.1wt.%时,所得材料仍然具有优异的倍率性能表现。同时,研究发现,尽管升温速率不影响材料LiMn0.8Fe0.19Mg0.01PO4/C的形貌和结构特点,但升温速率的提高会降低材料中的残余碳含量,碳含量的减少又会对材料的导电性和晶粒尺寸产生影响,这些因素最终会导致材料的性能出现恶化。最后,通过非计量的方法在原料中以Fe：P=2：1的比例引进过量的铁和磷原子试图在LiMn0.8Fe0.19Mg0.01PO4的表面生成导电相Fe2P,进而达到改善其电化学性能的效果。研究发现,通过此方法可以有效提高材料倍率性能。同时本文从磷化物含量及不同烧结温度等方面对磷化物的分布形态进行了初步探讨,并考察了其对材料LiMn0.8Fe0.19Mg0.01PO4电化学性能的影响。实验发现：(1)在材料中引进少量磷化物,可以起到有效改善LiMn0.8Fe0.19Mg0.01PO4/C导电性及其电化学性能作用。但当磷化物含量超过一定量后,其性能反而会恶化。(2)当热处理温度为700℃时,材料中磷化物的分布形态对材料导电性比较有利,所得样品具有最佳的倍率性能：放电倍率为1C、2C、3C、5C、10C时,分别具有145mAhg-1、140mAhg-1、136mAhg-1、131mAhg-1、122mAh g-1的放电比容量,即使在高倍率充放电的情况下,依然具有优异的倍率性能表现。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章 绪论  11-21
  1.1 化学电源的发展  11-12
  1.2 嵌入电极和锂离子电池技术  12-13
  1.3 锂离子电池正极材料的发展  13-15
  1.4 橄榄石型锂离子电池正极材料  15-19
  1.5 选题依据和研究内容  19-21
第二章 实验方法  21-27
  2.1 实验材料  21
  2.2 材料的合成  21-23
  2.3 材料的表征  23-24
  2.4 材料的电化学性能测试  24-27
第三章 原料对LiMn_(0.8)Fe_(0.19)Mg_(0.01)PO_4/C正极材料合成及性能的影响  27-33
  3.1 不同原料合成LiMn_(0.8)Fe_(0.19)Mg_(0.01)PO_4/C正极材料  27-29
  3.2 LiMn_(0.8)Fe_(0.19)Mg_(0.01)PO_4/C正极材料的电化学性能  29-31
  3.3 本章小结  31-33
第四章 碳含量对LiMn_(0.8)Fe_(0.19)Mg_(0.01)PO_4/C正极材料性能的影响  33-41
  4.1 碳含量对LiMn_(0.8)Fe_(0.19)Mg_(0.01)PO_4/C性能的影响  33-38
  4.2 升温速率对LiMn_(0.8)Fe_(0.19)Mg_(0.01)PO_4/C性能的影响  38-40
  4.3 本章小结  40-41
第五章 LiMn_(0.8)Fe_(0.19)Mg_(0.01)PO_4/C/Fe_2P正极材料的非计量合成  41-55
  5.1 非计量合成正极材料LiMn_(0.8)Fe_(0.19)Mg_(0.01)PO_4/C/Fe_2P  41-45
  5.2 磷化物含量对材料LiMn_(0.8)Fe_(0.19)Mg_(0.01)PO_4/C/Fe_2P性能的影响  45-48
  5.3 热处理温度对材料LiMn_(0.8)Fe_(0.19)Mg_(0.01)PO_4/C/Fe_2P性能的影响  48-52
  5.4 本章小结  52-55
第六章 结论与展望  55-57
  6.1 主要结论  55-56
  6.2 论文创新点  56
  6.3 展望  56-57
致谢  57-59
参考文献  59-67
附录 攻读硕士学位期间科研情况  67

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
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