微波辅助水热合成LiMPO

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LiFePO4具有较高的容量,低廉的价格,高的安全性以及环境友好等优点,被认为是最有应用前景的锂离子电池正极材料。但该材料存在较低的电子电导率,低的锂离子扩散速率和能量密度,以及低温性能不佳等问题,限制了其在锂离子动力电池领域的大范围应用。目前,研究人员大多采用溶剂热法合成高性能的LiFePO4纳米晶,但该方法由于产率低,成本高等原因,不适用于大规模生产。虽然传统的水热合成法具有成本低,产物粒径均一及形貌可控等优点,但合成样品的晶粒尺寸大,电化学性能不理想,同样无法用于工业化生产。因此,迫切需要开发一种低成本合成高性能LiFePO4纳米晶的水热合成方法。基于此,本文以LiFePO4为研究对象,在理解其形核生长机制的基础上,利用微波快速加热的优点,采用微波辅助水热法合成具有高性能的LiFePO4纳米晶,并系统研究了提高LiFePO4能量密度和低温电化学性能的方法,为推动水热法合成LiFePO4的产业化奠定基础。获得的主要结论有:(1)在深入理解LaMer形核生长的基础上,采用微波辅助水热法合成高性能LiFePO4纳米晶,将滤液中过量的锂源循环利用,降低了合成成本,并且产率达到了 1.3 mol L-1,比传统的水热法提高了 30%。利用两种LiOH合成的LiFePO4纳米晶具有相近的放电比容量和良好的循环稳定性。在3C(20 min充满电或放完电)倍率下充放电循环1000次后,样品的放电比容量为122mAhg-1,容量保持初始容量的88%。首次提出了 Li+离子在活性材料晶格中的迁移阻抗Rm,该参数对于了解锂离子电池电极材料的脱-嵌锂过程具有重要意义。(2)为了提高LiFePO4的能量密度,采用微波辅助水热法合成了LiMn0.5Fe0.5PO4固溶体纳米晶。在0.1C的倍率下,LiMn0.5Fe0.5PO4固溶体具有168 mAhg-1的放电比容量,并且能量密度达到了 ... （共161页)

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