溶胶-凝胶法制备多孔LiMnPO4/MWCNT复合材料及其电化学性能

doi:10.3866/PKU.WHXB20110902

物理化学学报 >> 2011, Vol. 27 >> Issue (09): 2123-2128.doi: 10.3866/PKU.WHXB20110902

溶胶-凝胶法制备多孔LiMnPO₄/MWCNT复合材料及其电化学性能

聂平, 申来法, 陈琳, 苏晓飞, 张校刚, 李洪森

1. 新疆大学化学化工学院, 乌鲁木齐 830046;
2. 南京航空航天大学材料科学与技术学院, 南京 210016

收稿日期:2011-05-23 修回日期:2011-06-20 发布日期:2011-08-26
通讯作者: 张校刚 E-mail:azhangxg@163.com
基金资助:
国家重点基础研究发展计划项目(973) (2007CB209703), 国家自然科学基金(20873064), 江苏省普通高校科研创新计划(CXZZ11_0204)及南京航空航天大学博士学位论文创新与创优基金(BCXJ11-10)资助

Sol-Gel Synthesis and Electrochemical Performance of Porous LiMnPO₄/MWCNT Composites

NIE Ping, SHEN Lai-Fa, CHEN Lin, SU Xiao-Fei, ZHANG Xiao-Gang, LI Hong-Sen

1. College of Chemistry and Chemical Engineering, Xinjiang University, Urumqi 830046, P. R. China;
2. College of Material Science and Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, P. R. China

Received:2011-05-23 Revised:2011-06-20 Published:2011-08-26
Contact: ZHANG Xiao-Gang E-mail:azhangxg@163.com
Supported by:
The project was supported by the National Key Basic Research Program of China (973) (2007CB209703), National Natural Science Foundation of China (20873064), Jiangsu Innovation Program for Graduate Education, China (CXZZ11_0204) and Outstanding Doctoral Dissertation in NUAA, China (BCXJ11-10).

摘要/Abstract

摘要： 以柠檬酸为络合剂, 采用溶胶-凝胶法制备了多孔LiMnPO₄和LiMnPO₄/MWCNT(多壁碳纳米管)复合材料. 用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、N₂吸脱附等温曲线(BET)和透射电镜(TEM)对其晶体结构与微观形貌进行了表征. 结果表明, 得到的样品具有橄榄石晶体结构, 物相较纯; 两种材料均具有丰富的多级孔道结构, 孔径在介孔范围内分布集中, 比表面积分别为73.7、69.9 m²·g^-1; 碳纳米管以嵌入或包埋的形式在多孔LiMnPO₄中形成了高导电性的三维网络. 恒流充放电测试表明, 与纯LiMnPO₄相比, 复合材料具有更高的放电比容量, 在0.05C、2C倍率下的放电容量分别为108.8、33.2 mAh·g^-1. 电化学交流阻抗谱(EIS)表明MWCNT可以有效提高LiMnPO₄的电子导电性. LiMnPO₄/MWCNT复合材料具有较优的电化学性能可归因于增强的电子导电性, 连接的孔道结构和高的比表面积.

关键词: LiMnPO₄, 碳纳米管, 多孔材料, 溶胶-凝胶法, 锂离子电池

Abstract: Porous LiMnPO₄ and LiMnPO₄/MWCNT (multi-walled carbon nanotube) composites were prepared using a citric acid assisted sol-gel method. X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), nitrogen adsorption-desorption isotherms (BET), and transmission electron microscopy (TEM) were performed to characterize their morphologies and structures. The results indicated that fine-sized, well-crystallized olivine LiMnPO₄ was synthesized. The interlaced carbon nanotube networks were intimately embedded and incorporated into the porous LiMnPO₄ particle to form highlyconductive three-dimensional (3D) networks. The LiMnPO₄ particle and LiMnPO₄/MWCNT composite had rich hierarchical pores. A detailed analysis showed that the average pore size was in the mesoporous range and specific surface areas of 73.7 and 69.9 m2·g^-1 were obtained, respectively. Compared with the LiMnPO₄ particle the LiMnPO₄/MWCNT composite exhibited much higher specific capacity. When discharged at a rate of 0.05C and 2C the capacities were 108.8 and 33.2 mAh·g^-1, respectively. The MWCNT effectively improved the electronic conductivity of the hybrid materials as shown by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The improved electrochemical performance of the LiMnPO₄/MWCNT electrode is attributed to the enhanced electrical conductivity caused by the tighter binding of the carbon nanotubes with the LiMnPO₄ primary particles as well as by the interconnected open pores with a high surface area.

Key words: Lithium manganese phosphate, Carbon nanotube, Porous material, Sol-gel method, Lithium ion battery

聂平, 申来法, 陈琳, 苏晓飞, 张校刚, 李洪森. 溶胶-凝胶法制备多孔LiMnPO₄/MWCNT复合材料及其电化学性能[J]. 物理化学学报, 2011, 27(09), 2123-2128. doi: 10.3866/PKU.WHXB20110902

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链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB20110902

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2011/V27/I09/2123

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Sol-Gel Synthesis and Electrochemical Performance of Porous LiMnPO₄/MWCNT Composites

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