摻雜型硅酸鹽正級材料的合成、結(jié)構(gòu)與電化學性能研究.pdf

1、隨著新能源的開發(fā)利用和電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對便攜式能源的需求急劇增長，對鋰離子二次電池的性能要求也越來越高。正硅酸鹽類材料(Li2MSiO4)，在形式上允許2個Li+可逆脫嵌，理論容量達330mAhg-1，并且由四面體SiO4構(gòu)成的骨架使其具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，良好的熱穩(wěn)定性和安全性，外加上資源豐富環(huán)境友好，很有潛力發(fā)展為新一代鋰離子電池正極材料。
　　 本文采用水熱輔助溶膠凝膠法合成了Li2CoxMn1-xSiO4(x=0.

2、1、0.3、0.5)和Li2Co0.1MnxFe0.9-xSiO4(x=0.1、0.2、0.3)系列正極材料，并采用球磨包碳的方法實現(xiàn)了系列材料與碳納米管的復合。X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)表征復合材料的結(jié)構(gòu)與形貌。用循環(huán)伏安技術(shù)(CV)，交流阻抗技術(shù)(EIS)，充放電實驗測試材料的電化學性能，并與Li2MnSiO4/C，Li2FeSiO4/C材料進行了結(jié)構(gòu)與電化學性能的比較。主要研究結(jié)果如下：
　　 1.通過水熱輔

3、助溶膠凝膠法合成Li2CoxMn1-xSiO4(x=0.1、0.3、0.5)系列材料，XRD以及晶胞參數(shù)計算結(jié)果表明，當x≤0.3時，可能形成固溶體結(jié)構(gòu)，與Li2MnSiO4同構(gòu)都為正交晶系Pmn21空間群；但是當x≥0.5時，則為Li2CoxMn1-xSiO4與Li2CoSiO4的兩相混合物。
　　 2.Co的加入可以有效的提高Li2MnSiO4/C的放電容量，10mAg-1電流密度下，放電容量從70mAhg-1(Li2MnS

4、iO4/C)提高至105mAhg-1(Li2Co0.3Mn0.7SiO4/C);在較大電流密度下(50mAg-1)，Li2MnSiO4/C的首圈放電容量相對于小電流密度(10mAg-1)衰減了55.6％，而Li2Co0.3Mn0.7SiO4/C放電容量僅僅減少了26%，說明Co的摻入可以大大提高Li2MnSiO4/C的倍率性能。但是系列材料的循環(huán)性能并沒有明顯的改善。
　　 3.循環(huán)伏安(CV)測試結(jié)果表明，Co的摻入可以有效降

5、低充電過程中的極化，有利于Li+的脫出；通過交流阻抗(EIS)的實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著Co的加入，代表傳荷阻抗的半圓逐漸減小，并于x=0.3時達到最小。以上結(jié)果都證明了Co的摻入可以有效提高Li+的脫嵌和遷移能力。
　　 4.Li2Co0.1MnxFe0.9-xSiO4可以在我們實驗過程中設定的Fe、Mn、Co配比(x=0.1、0.2、0.3)范圍內(nèi)形成固溶體結(jié)構(gòu)，都為正交晶系Pmn21空間群，與Li2FeSiO4同構(gòu)。
　　

6、 5.Li2FeSiO4/C在10mAg-1的電流密度下首圈放電容量為110mAhg-1，隨著Mn、Co部分取代Fe，Li2Co0.1MnxFe0.9-xSiO4/C的放電容量都出現(xiàn)了減少，并且材料的循環(huán)穩(wěn)定性也隨著Mn含量的增多而變差，這可以歸因于Mn3+的Jahn-Teller效應。
　　 6.通過充放電實驗及循環(huán)伏安曲線測試比較發(fā)現(xiàn)，Li2Co0.1MnxFe0.9-xSiO4/C系列材料隨著Mn含量的增加，充電平臺相對