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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

批准号:
51374056
项目类别:
面上项目
资助金额:
80.0 万元
负责人:
罗绍华
依托单位:
学科分类:
冶金物理化学与冶金原理
结题年份:
2017
批准年份:
2013
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

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项目成果

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中文摘要
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。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。
英文摘要
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。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。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI: --
发表时间: 2015
期刊: 稀有金属材料与工程
影响因子: --
作者: [常龙娇, 罗绍华, 吕方, 郭克石, 包硕, 齐西伟, 郝爱民, 翟玉春, 王志远]
通讯作者: 王志远
Yttrium substituting in Mn site to improve electrochemical kinetics activity of sol-gel synthesized LiMnPO4/C as cathode for lithium ion battery
钇取代Mn位提高溶胶-凝胶合成LiMnPO4/C作为锂离子电池正极的电化学动力学活性
DOI: 10.1007/s10008-017-3662-8
发表时间: 2017-06
期刊: Journal of Solid State Electrochemistry
影响因子: 2.5
作者: [Jun Zhang, Shaohua Luo, Qing Wang, Zhiyuan Wang, Yahui Zhang, Aimin Hao, Yanguo Liu, Qian Xu, Yuchun Zhai]
通讯作者: Yuchun Zhai
DOI: --
发表时间: 2014
期刊: 过程工程学报
影响因子: --
作者: [常龙娇, 罗绍华, 郭克石, 吕方, 齐西伟, 汪应玲, 翟玉春]
通讯作者: 翟玉春
DOI: 10.13957/j.cnki.tcxb.2017.02.019
发表时间: 2017
期刊: 陶瓷学报
影响因子: --
作者: [李俊哲, 罗绍华, 郝爱民, 汪应玲, 李 贤, 丁学勇, 何 平]
通讯作者: 何 平
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    无钴镍层状P2相Na2/3Mn1/2Fe1/2O2正极材料的隧道型钠快离子导体表面重构和晶内层面调控的协同稳定与储钠机制研究
    • 批准号:
      --
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      54万元
    • 批准年份:
      2022
    • 负责人:
      罗绍华
    • 依托单位:
    P2/O3混型调控富碱Na/Li杂化锰基三元正极和三维碳网络锡基合金负极的材料设计合成及构建高比能储钠全电池与电化学性能研究
    • 批准号:
      51874079
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      60.0万元
    • 批准年份:
      2018
    • 负责人:
      罗绍华
    • 依托单位:
    利用冶金轧钢酸洗铁红制备磷酸铁锂正极材料的反应活化机制与过程强化研究
    • 批准号:
      51674068
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      62.0万元
    • 批准年份:
      2016
    • 负责人:
      罗绍华
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金