磷酸锰铁锂的合成与电化学性能研究(2)
3.1 LiMn1-xFexPO4材料结构的表征 11
3.1.1 样品的粒径分布 11
3.1.2 XRD分析 12
3.1.3 样品的电导率 12
3.2 LiMn1-xFexPO4材料的电化学性能 13
3.2.1 LiMn1-xFexPO4材料的循环性能 13
3.2.2 LiMn1-xFexPO4材料的CV曲线 16
3.2.3 LiMn1-xFexPO4材料的EIS曲线 17
4 结论 19
致 谢 20
参考文献 21
1 文献综述
1.1 引言
近年来，由于聚阴离子型化合物LiMPO4（M=Fe,Mn,Co,Ni)具有低毒性、低成本、热稳定性等独特的的电化学性能，吸引了众多科研人员的关注。目前，磷酸铁锂正极材料已成功实现产业化，其具有原材料价格低、充放电性能好、高功率性能稳定、可快速充电、循环寿命长、高温稳定性好等优点。然而，磷酸铁锂正极材料也有体积能量密度与质量能量密度不高，合成条件苛刻导致的成品价格高等缺点，这些都限制了其进一步的发展。与磷酸铁锂具有相同橄榄石结构的磷酸锰锂不仅具有原料来源丰富、合成成本低、高的安全性能、更高的能量密度、对环境友好及对合成条件低（空气氛围下即可合成）等众多优点，而且其Mn3+/Mn2+相对于Li+/Li的电极电势为4.1V，接近于当前广泛使用的LiCoO2的电压，因而是一种更具应用前景的正极材料。但现在单一的磷酸锰锂材料的性能都不太理想，其本征电子电导率极低，比磷酸铁锂还要低2个数量级以上，基本属于绝缘体范畴，使其商业化应用受到限制。研究表明，通过对磷酸锰锂进行碳包覆和金属掺杂可有效改善材料的导电性和电化学性能。
1.2 锂离子电池概述
1.2.1 锂离子电池的诞生及发展过程
通常锂离子电池可以分为锂一次电池和锂二次电池。20世纪50年代开始了对锂一次电池的最早研究，它比传统原电池具有更高的能量密度而且其放电电压平稳、贮存时间长。但是，锂一次电池存在使用成本高、浪费资源环境等缺点。20世纪80年代末期，人们逐渐将研究重点转向锂二次电池[1]。但是锂二次电池也存在许多不足：金属锂会在锂负极表面不均匀沉积，产生枝晶并可能长大，穿透隔膜造成电池内部短路；锂也很容易与电解质发生反应。这使得锂二次电池在使用上存在着严重的安全隐患，同时也限制它的发展。1980年，Armand提出锂浓差电池电池的概念，并首次提出了“摇椅式电池”（Rocking Chair Battery）的构想[2]。1990年，Sony公司采用高电位氧化钴锂作为电池的正极，碳材料作为电池的负极，成功开发出首个商用锂离子电池，并且首次提出“锂离子电池”的概念[3]。
1.2.2 锂离子电池结构及工作原理
锂离子电池的组成主要包括正极、负极、隔膜、电解液、安全阀和电池壳，属于浓差电池。其中，正极材料、负极材料和电解液的性质对电池的性能起着决定性的作用。锂离子电池的正负极材料一般都是可以嵌、脱锂的化合物。其中，正极材料一般是电位比较高的过渡金属嵌锂氧化物，如LiNiO2、LiMnPO4、LiFePO4、LiCoO2、LiMnO4等；负极材料一般是电位比较低的能嵌入锂的材料，如纤文、碳材料石墨、金属氧化物材料SnO和一些储锂合金等[4]。锂离子电池的电解液一般为LiPF6，LiClO4，LiAsF6等含锂盐的碳酸酯基有机溶液。有机溶剂为EC（碳酸乙烯酯）、PC（碳酸丙烯酯）、DMC（碳酸二甲酯）、DEC（碳酸二乙酯）、DME（二甲基乙烷）、EMC（碳酸甲乙酯）等的一种或几种的混合物。而隔膜材料一般选用聚烯烃系树脂，常用的隔膜有单层或多层的聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）微孔膜，如Celgard2300隔膜就是PP/PE/PP三层微孔复合隔膜[5]。
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