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锂离子电池具有自放电程度小、能量密度大、重量轻和污染小等优点,已成为电动车和混合型电动汽车应用电源的首选。正极材料是锂离子电池的核心,其中磷酸锰铁锂综合了磷酸铁锂和磷酸锰锂的优点,已成为一种很有应用前景的正极材料。本文分别以硫酸亚铁和硫酸锰为铁源、锰源,抗坏血酸为抗氧化剂,表面活性剂选用聚丙烯酰胺(PAM),葡萄糖为碳源。采用水热法制备不同锰含量的LiFe1-xMnxPO4/C以及非化学计量比的LiFe0.2Mn0.8PO4/C锂电正极材料,并研究合成条件、锰含量、磷及锂元素比例对样品晶体结构,形貌和电化学性能的影响规律。经不同反应温度和反应时间的条件调控,采用水热法成功合成LiFe0.2Mn0.8PO4/C正极材料。XRD结果表明衍射峰随反应温度的增加逐渐右移,反应时间过短和过长也会造成衍射峰左移。扫描结果发现反应温度为200℃,反应时间为12 h时,粉体形貌规则,分布均匀,团聚程度小。该样品具有最高的首次放电比容量,在0.1 C倍率下为137.5 mAh/g,且在高倍率下循环稳定性最佳。反应温度和时间为200℃、12 h下,采用水热法成功合成一系列不同锰含量的LiFe1-xMnxPO4/C(x=0.70,0.75,0.80,0.85,0.90)正极材料。XRD 结果显示五组样品均为纯相。XPS测试结果证明Mn2+的存在,EDS测试表明Fe元素和Mn元素均匀分布,进一步证明锰的成功掺入。LiFe0.30Mn0.70PO4/C样品由于具有最小的粒径缩短了 Li+的传输路径,弱化了极化现象,在0.1 C倍率下首次放电比容量153.1 mAh/g,具有最高的放电比容量和最佳的倍率性能。充放电结果表明随锰含量增加,放电比容量降低,主要原因为LiMnPO4的电化学活性要比LiFePO4差,Fe2+/Fe3+氧化还原对的放电比容量基本不变,而Mn2+/Mn3+氧化还原反应的放电比容量直线下降也证实了这一点。两个放电电压都随着锰含量的增加先升高后降低,于锰含量为0.80时达到最大值。反应条件设置为200℃、12 h,采用水热法合成一系列不同磷含量的LiFe0.2Mn0.8PxO4/C(x=1.00,1.01,1.02,1.04)正极材料。X射线衍射图谱表明,具有不同磷含量的样品都为纯相。随着磷含量增加,样品形貌尺寸从微米到纳米逐渐减小,形状规则性变好。电化学测试表明,LiFe0.2Mn0.8P1.04O4/C样品在0.1 C倍率下首次放电比容量为141.9 mAh/g,为最高放电比容量,极化程度低且放电平台长。这与它良好的颗粒形貌有关,也得益于其较小的电荷转移阻抗和最大的锂离子扩散系数。反应温度和时间为200℃、12 h,磷含量过量4%的情况下,采用水热法成功合成一系列不同锂含量的 LixFe0.2Mn0.8PO4/C(x=1.00,1.02,1.03,1.04)正极材料。XRD 结果显示所有样品都为纯相,无杂质相出现。SEM结果发现当x=1.02时,颗粒形貌规则,分布均匀;随锂含量的进一步增加,形貌变差且出现明显的团聚。在0.1C倍率下Li1.02Fe0.2Mn0.8PO4/C样品放电比容量最高为153.4 mAh/g。相比于锂含量为标准摩尔量的样品,含有过量锂的样品的倍率性能和循环性能都有明显改善。Li1.02Fe0.2Mn0.8PO4/C样品在5 C倍率下仍具有80.05%的高容量保持率,在2C倍率下循环100次后容量保持率为85.76%,表现出极佳的倍率性能和较好的循环性能。