limnpo4的改性制备与性能研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：201421504021河北工业大学硕士学位论文LiMnPO4的改性制备与性能研究论文作者：赵德学生类别：全日制学科门类：理学学科专业：高分子化学与物理指导教师：任丽职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金（基金号51203041）DissertationSubmittedtoHeibeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofChemistryandPhysicsofPolymersSTUDYONPREPARATIONANDPROPERTIESOFMODIFIEDLITHIUMMANG

2、ANESEPHOSPHATEbyZhaoDeSupervisor:Prof.RenLiMay2017ThisworkwassupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina.No.51203041原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责

3、任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要LiMnPO4是橄榄石型锂离子电池正极材料，因具有较高的工作电压和能量密度、安全性好及与主流电解液电化学窗口匹配度高等优点

4、，而成为正极材料研究的热点。但LiMnPO4本征电子电导率及Li离子扩散速率低，影响了材料电化学性能的发挥，成为其商业化应用的主要障碍。本文以LiMnPO4为研究对象，在Mn位掺Fe的基础上，分别采用溶剂热法与固相法以聚阴离子位掺杂、改进型碳包覆、构建颗粒间三维导电网络以及与Li3V2(PO4)3复合为方向改性制备LiMnPO4，利用X-射线衍射、粒径分析、拉曼光谱、扫描电镜、充放电测试、循环伏安和交流阻抗等表征手段，分析材料的结构、微观形貌与电化学性能之间的关系。主要内容如下：1、采用溶剂热法对Mn位进行Fe掺杂制备LiMn0.8Fe0.2PO4正极材料，

5、并且对工艺条件进行优化。测试结果表明Fe元素进入晶体结构与LiMnPO4形成固溶体；当采用水热时间4h、湿法球磨和4MPa压片所制备的LiMn0.8Fe0.2PO4材料电化学性能最优，0.1C放电比容量为151.9mAh/g。初步探究了纯相LiMnPO4中聚阴离子位的P位B掺杂，当B掺杂量为0.02时LiMnP0.98B0.02O4-δ（δ代表氧缺位值）材料0.1C倍率下放电比容量为135.8mAh/g。2、采用溶剂热法以LiMn0.8Fe0.2PO4为基础探究了聚阴离子P位的Si、B掺杂，分别制备了Li1-xNa2xMn0.8Fe0.2P1-xSixO4、

6、LiMn0.8Fe0.2P1-xBxO4-δ、LiMn0.8Fe0.2MgxP1-xBx-O4和Li1+2xMn0.8Fe0.2P1-xBxO4材料，结果表明：P位掺B富Li相Li1+2xMn0.8Fe0.2P1-xBxO4材料的电化学性能较其他三种掺杂方式提升明显，其中Li1.04Mn0.8Fe0.2P0.98B0.02O4材料电化学性能最优，在0.1、0.2、0.5、1.0、2.0和5.0C倍率下首次放电比容量分别为157.9、153.2、144.0、133.2、127.2和102.7mAh/g，相比于未掺B的LiMn0.8Fe0.2PO4性能提高明显，

7、B掺杂可提高材料的离子及电子电导率。3、采用溶剂热法制备LiMn0.8Fe0.2PO4，以成膜性好、碳残留率低的乙基纤维素（EC）为碳源进行表面包碳，结果表明当以EC为碳源，包碳量仅为2%即可获得较好电化学性能，EC碳化后碳层石墨化程度高使得材料表面电子传输能力增强。4、利用NaCl为制孔剂，葡萄糖为碳源，制备出孔径合适三维碳架（3DC），在溶剂热过程加入三维碳架所制备的LiMn0.8Fe0.2PO4电化学性能最好，当加入3%三维碳架时，材料0.1C下首次放电比容量为157.0mAh/g，循环30次容量保持率为94.5%。电化学测试表明充放电时材料Li离子扩

8、散速率快、极化小，SEM显示溶剂热过程三I维碳架的孔