改性硅酸亞鐵鋰正極材料的制備與電化學性能研究.pdf

1、Li2FeSiO4新型鋰離子電池正極材料，具有較好的性價比、環(huán)境友好，地殼儲量豐度大等優(yōu)勢，且在理論上可以可逆的脫嵌2個鋰離子，從而獲得高達332mAh·g-1的理論容量，因而引起了研究者們的廣泛關(guān)注。但是該材料本身具有極低的電導率和鋰離子擴散系數(shù)，同時存在產(chǎn)物顆粒尺寸較大，且不均勻，合成時間過長等缺點，限制了其應(yīng)用。
　　本文針對目前研究中存在的問題，分別采取水熱法和回流輔助-溶膠凝膠法合成Li2FeSiO4材料，并對其進行了碳

2、包覆、稀土離子Nd3+的鐵位取代兩個方面的改性研究，同時利用X-射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、紅外光譜儀、電池檢測儀和電化學工作站等設(shè)備對樣品進行了一系列的結(jié)構(gòu)表征和相關(guān)電化學性能測試。系統(tǒng)研究了改性硅酸亞鐵鋰材料的微結(jié)構(gòu)和電化學性能，取得了一些有意義的結(jié)果：
　　以納米二氧化硅（SiO2），硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）和氫氧化鋰（LiOH·2H2O）為原料，葡萄糖作為碳源，采用水熱法制備了棗核狀的納米Li2FeSiO4/C復合

3、材料，并對其進行了不同葡萄糖添加量的碳包覆和稀土離子Nd3+的鐵位取代研究。測試結(jié)果表明：Li2Fe1-xNdxSiO4/C（x=0,0.01,0.03,0.05）的所有樣品均為正交晶型結(jié)構(gòu)，空間群為Pmn21，Li2Fe0.97Nd0.03SiO4/C樣品在0.2C倍率下首次放電容量高達177mAh·g-1，五次循環(huán)后放電比容量穩(wěn)定在161mAh·g-1，顯著高于取代前Li2FeSiO4/C樣品循環(huán)相同周次時的放電比容量。
　　

4、針對水熱法存在的顆粒尺寸較大和碳包覆難度相對較大的問題，本實驗還利用正硅酸乙酯（TEOS）和草酸亞鐵（FeC2O4·2H2O）為原料，檸檬酸作為螯合劑和碳源，采用回流輔助-溶膠凝膠法制備出了改性硅酸亞鐵鋰Li2Fe1-xNdxSiO4/C(x=0,0.01,0.03,0.05)正極材料，研究結(jié)果表明，溶膠凝膠法制備的樣品均為正交晶型結(jié)構(gòu)，空間群為Pmnb。Li2Fe1-xNdxSiO4/C(x=0,0.01,0.03,0.05)正極材料

5、首次放電容量均超過了166mAh·g-1，Li2Fe0.97Nd0.03SiO4/C樣品在0.2C倍率下首次放電容量高達265mAh·g-1，第七次循環(huán)時的放電比容量為186mAh·g-1，顯著高于取代前Li2FeSiO4/C樣品循環(huán)相同周次時的放電比容量。
　　Nd3+的摻雜并沒有改變晶體的結(jié)構(gòu)類型。但能有效地提高硅酸亞鐵鋰正極材料的放電比容量、循環(huán)性能和倍率性能，顯著降低電極/電解液界面電荷轉(zhuǎn)移電阻，增大交換電流密度，改善電化