多孔分级微纳结构LiAlO2快离子导体改性LiMnPO4/C正极材料的研究

基本信息
批准号:51374056
项目类别:面上项目
资助金额:80.00
负责人:罗绍华
学科分类:
依托单位:东北大学
批准年份:2013
结题年份:2017
起止时间:2014-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:闫俊萍,田勇,李杰,李辉,杨诚,武聪,凌伟竣
关键词:
电化学特性多孔分级微纳结构磷酸锰锂锂离子电池LiAlO2快离子导体
结项摘要

LiMnPO4 shows great potential in the lithium-ion battery due to higher operating voltage (4.1V vs. Li+/Li), safety, environmental protection, low-cost and high theoretical capacity. The poor conductivity and electrochemical performance limit its application. Aluminum web-based anodic aluminum oxide (AAO) as the template was cleverly constructed fast ion conductor LiAlO2 with porous multi-level micro-and nano- structure by in-situ hydrothermal method, and then, LiMnPO4 was deposited and crystallined in the hole by the sol-soak method and the ionic liquid electrodeposition method. By adjusting the process parameters of the various preparation techniques,adjusting the process parameters to achieve the two-phase nanostructur composite was achieved and the LiMnPO4/C-LiAlO2 nanocomposites was prepared. On the one hand, using the LiAlO2 fast ion conductivity, and doping process in the formation of the Mn2+/Al3+ part of each other doping improve the conductivity of the material,on the other hand, superior electron conductive properties of the nano-carbon improve the comprehensive performance of the composite material.By studying the variation of lithium ion conductivity in electrode caused by porous multi-level micro- and nano-structure of two-phase with different lithium ion conductivity, it is clarified to the mechanism of action of the LiAlO2 doped LiMnPO4/C, and it is trying to establish a theoretical framework to describe the quantitative relationship of two-phase microstructure and performance, which will provide new ideas for the modification and development of cathode materials for lithium-ion battery.

LiMnPO4具有安全环保、成本低、理论容量高、4.1V 的稳定工作电压平台等优点,在锂离子动力电池中表现出很大潜力。但由于导电性极差,电化学性能不理想,限制了其应用。本研究以铝网基AAO为多孔分级微纳结构模板,巧妙地原位水热法构建多级微纳结构LiAlO2锂快离子导体,以此通过溶胶浸泡法和离子液体辅助电沉积法在孔中沉积LiMnPO4,调整工艺参数,实现两相复合,制备出LiMnPO4/C-LiAlO2纳米复合材料。一方面利用LiAlO2快离子导电性,以及掺杂过程中形成的Mn2+/Al3+部分相互掺杂来提高材料的导电性;另一方面利用纳米碳优异的电子导电性能改善复合材料的综合性能。通过对锂离子电导率迥异的两相多级微纳复合结构与性能的研究,阐明LiAlO2掺杂LiMnPO4/C的作用机理,建立描述两相显微结构与性能定量关系的理论框架,为锂离子动力电池正极材料的改性与发展提供新的思路。

项目摘要

LiMnPO4具有安全环保、成本低、理论容量高、4.1V 的稳定工作电压平台等优点,在锂离子动力电池中表现出很大潜力。但由于导电性极差,电化学性能不理想,限制了其应用。本研究以铝网基AAO为多孔分级微纳结构模板,巧妙地原位水热法构建多级微纳结构LiAlO2锂快离子导体,以此通过溶胶浸泡法和离子液体辅助电沉积法在孔中沉积LiMnPO4,调整工艺参数,实现两相复合,制备出 LiMnPO4/C-LiAlO2 纳米复合材料。结果表明:当与6%质量分数的LiAlO2复合时,取得了较高的放电容量,在0.05C倍率下,放电容量达到142.8 mAh/g,50圈循环后容量衰减94.8%。阻抗结果显示,此时的锂离子扩散系数为2.07x10-14 cm2/s。当在LiAlO2模板中沉积LiMnPO4时,制备的3D电极取得了在10C下循环100圈容量衰减率为98.4%,容量保持在105 mAh/g的优异性能。同时也第一次通过离子液体电沉积法合成了LiMnPO4。通过对锂离子电导率迥异的两相多级微纳复合结构与性能的研究,阐明 LiAlO2掺杂LiMnPO4/C的作用机理,为锂离子动力电池正极材料的改性与发展提供新的思路。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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