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钠掺杂碳包覆磷酸锰锂纳米材料的制备及电化学性能

2021-06-24刘碧娇沈昱赵红刘博文刘宏文

大连交通大学学报 2021年3期

刘碧娇,沈昱,赵红,刘博文,刘宏文

(1.大连交通大学 环境与化学工程学院,辽宁 大连 116028;2.辽宁省大连生态环境监测中心,辽宁 大连 116023)*

锂离子电池是当今颇具发展前景的能量存储系统之一,橄榄石型材料LiMPO4(M = Fe、Mn、Co、Ni)为锂离子的插入和脱出提供了良好稳定的结构[1-2].其中LiFePO4以其制备方法简便、电子导电性高、成本低廉、环境友好等优势已被商业化应用[3-4],但因其较低的工作电压(3.6 V vs.Li+/Li)导致了能量密度低.相比之下,LiMnPO4的工作电压较高(4.1 V vs.Li+/Li),因此具有更高的理论能量密度.然而LiMnPO4的电子导电率和离子扩散率都比较低,限制了其广泛应用.目前人们主要从减小颗粒直径以缩短Li+离子传输路径[5-6]、包覆碳以提高材料导电性[7],以及掺杂离子以提高材料离子导电率和Li+离子扩散性[8-9]等方面改善LiMnPO4材料的电化学性能.因此,本文采用聚丙烯酸钠高温固相法,一步完成Na+掺杂和碳包覆的磷酸锰锂纳米材料制备,进行了物相、形貌和结构的表征,并考察了不同掺钠量对材料电化学性能的影响.

1 实验部分

1.1 药品及仪器

Li2CO3,MnCO3,NH4H2PO4,聚丙烯酸钠,无水乙醇;高纯氮气,H2-Ar混合气(大连大特气体公司),PVDF,N-甲基吡咯烷酮,导电炭黑,LiPF6电解液,锂离子电池套装(太原力之源公司),锂片,聚乙烯隔膜;卧式行星球磨机(德国飞驰,pulverisette 7),电热恒温干燥箱(上海森信实验仪器有限公司,DGG-9140A);X-射线衍射仪(荷兰帕纳科公司,Empyrean),扫描电子显微镜(德国卡尔蔡司公司,SUPRA 55 SAPPHIRE),热重分析仪(德国耐驰,STA 449 F5 Jupiter),氮吸附测试仪(北京彼奥德电子技术有限公司,SSA-4000),真空手套箱(博然科仪有……

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