葡萄糖辅助低温液相合成纳米LiMnPO4及其电化学性能的改性研究

作     者：谢峥峥 

作者单位：河南师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：常照荣

授予年度：2016年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：葡萄糖 低温合成 液相法 LiMnPO4 氧化石墨烯 

摘      要：随着社会进步,工业、经济发展,环境问题也变得日益突出。目前亟需寻找一种既能够满足人们对电池的高比容量要求,又能满足对环境友好要求的电池。上世纪90年代高比能量的锂离子电池出现,相对于其它电池,锂离子电池由于其具有容量大、工作电压高、循环寿命长、工作范围宽、自放电率小、安全环保无污染等诸多优点,从而备受关注,因此成为了最具有发展前景的电池。在锂离子电池体系中,正极材料作为电池的重要组成部分,电池的性能优异与否与电池的正极材料有很大关系。具有橄榄石结构的LiMnPO,由于其比容量高、循环稳定性好、热稳定性优异、原料丰富、环境友好等优点成为了近些年人们研究的热点。但是LiMnPO材料本身也具有一些问题,其中最大的问题为电子导电率和离子扩散系数低。针对以上问题,本文主要从三个方面对材料进行改性研究:首先是采用葡萄糖辅助低温液相合成具有良好分散性的全维纳米颗粒,其次是在LiMnPO的材料颗粒表面包覆上一层氧化石墨烯作为导电层,最后是在LiMnPO中掺杂入Fe,从而使材料电化学性能得以改善。本文围绕以上三个方面做了研究,采用葡萄糖辅助液相合成法得到分散性良好的全维纳米LiMnPO、LiFePO/GO、LiMnFePO4,然后经过高温覆碳得到样品LiMnPO/C、C-LiFePO/GO、LiMnFePO4/C。分别采用X射线扫描(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和激光拉曼等多种技术和手段对样品进行晶型确定和形貌表征,并采用蓝电测试系统以及电化学工作站对所得样品进行电化学性能测试。(1)采用葡萄糖辅助低温液相合成法制备分散性良好的LiMnPO颗粒,该颗粒呈棒状,长度为60-80 nm,直径40-50 nm。经过高温覆碳后得到覆碳均匀的纳米棒状LiMnPO/C,电化学测试结果表明,采用该方法制得的LiMnPO/C纳米棒颗粒表现出优良的电化学性能,在0.05 C,0.1 C,1 C和5 C倍率下放电比容量分别达到155.3 mAh g,140 mAh g,123.4 mAh g和89.8 mAh g,并且在50个循环后容量依然能保持在147.5mAh g,容量保持率达95%。(2)采用葡萄糖辅助,在较低的温度中,液相常压回流制备出LiMnPO/GO,经过高温覆碳后制得C-LMP/GO(-1),在0.05 C、0.1 C,1 C和5 C倍率下放电比容量分别达到167.63 mAh g、160.5 mAh g、153.17 mAh g和110.2 mAh g,并且材料经过100个充放电循环后放电容量仍然能够达到159.1 mAh g,容量保持率达到95%,该材料在100个充放电循环结束后库伦效率仍然能够达到99%。(3)采用葡萄糖辅助,低温液相合成出结晶度良好的纯相LiMnFePO4颗粒,实验表明,当LiMnFePO4中x的值为0.9时材料LM0.9F0.1P表现出优秀的电化学性能。材料经过高温覆碳得到样品LM0.9F0.1P/C在0.05 C、0.1 C、1 C和5 C倍率下放电比容量分别达到162.1 mAh g、151.9 mAh g、139.56 mAh g和104.4 mAh g,并且材料经过50个充放电循环后放电容量仍然能够达到153.5 mAh g,容量保持率达到94.5%。