连亚军 开题报告 最终版.doc

北方民族大学毕业论文（设计） 开 题 报 告 书 题目 固相法制备磷酸锰锂及电化学性能的研究 姓 名 连亚军 专 业 材料科学与工程 王北平 北方民族大学教务处制 北方民族大学毕业论文（设计） 开 题 报 告 书 年 月 日 姓名 连亚军（）科学与工程性质设计专 业 材料科学与工程来源 一、选题的目的、意义（含国内外相同领域、同类课题的研究现状分析）： 1、目的：学习固相反应的分类、特点、反应特点及其反应影响因素，找出适合制备 LiMnPO4的固相反应方案，实验主要原料及其比例。然后运用该固相反应方案制备能量密度高、电化学循环稳定性好的锂离子电池正极材料 LiMnPO4，并研究其晶体结构、电化学性能，并找出改进制备工艺及其性能的方法，尤其是提高LiMnPO4的电化学反应动力学性能以及提高其电子电导率和锂离子扩散能力的方法。 2、意义：橄榄石结构的LiMnPO4 材料具有安全性好、循环稳定性好、较高电压平台，较高可逆容量、资源丰富、成本低廉、绿色环保等优势，在锂离子储能电池和动力电池领域具有广泛应用潜力。 正极材料的研究，是锂离子电池开发的关键。磷酸锰锂是一种非常有前途的锂离子电池正极材料，它具有理论容量高、工作电压高、成本低和对环境友好等优点，因此，磷酸锰锂必将在未来储能电池和动力电池正极材料领域发挥重要作用[1]。研究固相法制备磷酸锰锂及其电化学性能意义重大。 3、当前研究现状分析 A、作为同一类材料的LiMnPO4，除了具有与LiFePO4相同的理论容量( 170 mA?h /g) 之外，还拥有更高的放电平台，因而具有更高的能量密度。此外，LiMnPO4原料成本低廉、资源丰富和对环境无污染的优势也使得该材料正受到越来越多的关注及研究。然而，LiMnPO4本身极低的电子电导率限制了该材料的实际电化学性能及大规模生产[2]。 新型的橄榄石型结构的磷酸盐系正极材料在安全性能和循环寿命等方面优于传统的层状结构正极材料（如钴酸锂、镍酸锂），其代表性材料磷酸铁锂已被学术界和产业界广泛研究证实，与磷酸铁锂相比，磷酸锰锂具有4 .1 V的高电位和几乎相同的理论容量，在同等容量发挥的条件下，磷酸锰锂电池的能量密度将比磷酸铁锂电池提高20 %左右[3]。因此，国际上将磷酸锰锂列为新一代高能量密度动力锂离子电池正极材料。可以预见，一旦磷酸锰锂材料的研发取得突破，它不仅能够抢占磷酸铁锂的市场份额，而且能够挤压锰酸锂和三元材料的市场空间，打破目前正极材料的市场格局。 B、国内研究现状包覆氟掺杂表面改性） 宁波职业技术学院应用化工系施立钦、袁正勇和中国科学院宁波材料技术与工程研究所彭振博采用高温固相法合成了碳包覆的氟掺杂磷酸锰锂正极材料，通过XRD、TEM电化学测试对材料进行了表征。所制备的材料平均粒径约为70 nm，碳在材料表面包覆完整。包覆厚度约为2～4 nm。制备的LiMn(PO4)0.985 F0.045 正极材料具有最佳的电化学性能，在0.2 C电流充放电条件下首次放电比容量1 12.7 mAh／g，经过20周的循环后容量基本没有下降，在2．0 C恒流放电时。放电比容量仍然保持在65 mAh／g左右。具有较好的倍率性能[5]。 广州有色金属研究院采用固相法制备LiMn0 98Mg0．02 PO4 ／C材料，以葡萄糖为碳源，通过不同加入量对材料进行碳包覆改性研究。研究结果表明：制备的材料均为橄榄石型结构，葡萄糖的含量对材料的颗粒形貌没有较大影响，但随着葡萄糖含量的增加，颗粒团聚尺寸减小，分布均匀；当葡萄糖加入量为40%(质量分数)时，制备的材料以0.05 C、0.2 C充放电，放电比容量分别为100.1 mA·h／g，79.4mA·h／g；0.05 C倍率30次循环后，容量保持率为73 %，而0.2 C倍率下，容量保持率仅为54 %[6]。 C、国外磷酸锰锂研究进展 《纳米快报》的文章中，西北太平洋国家实验室的研究人员展示了固体石蜡和油酸有利于磷酸锰锂层状纳米结构的生长。这些“纳米盘”又小又薄，使得电子和离子更易出入。这使得该材料——通常并不作为电池材料，因为它导电性差——变为储存大量电力的材料。当研究人员测试该材料的性能时，他们发现它储存的能量比类似的商业电极材料——磷酸铁锂的理论最大能量容量多10%，磷酸铁锂用于电力工具及一些电动和混合动力车。