鋰離子正極材料Li2FeSiO4、Li3V2(PO4)3的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、廉價,安全是未來鋰離子電池發(fā)展的趨勢,而來源廣泛的鐵源和硅源是Li2FeSiO4正極材料的主要材料,這就使得Li2FeSiO4成為研究熱點(diǎn)。另一種聚陰離子型Li3V2(PO4)3材料不僅具有良好的安全性,并且具有更高的Li+離子擴(kuò)散系數(shù),這就使得Li2FeSiO4和Li3V2(PO4)3正極材料具有很好的應(yīng)用前景,但這兩種都存在電子導(dǎo)電率比較低的缺點(diǎn)。本文結(jié)合溶膠凝膠和碳熱還原法制備了Li2FeSiO4/C和Li3V2(PO4)3/C鋰

2、離子正極材料,利用掃描電鏡(SEM)、X-射線衍射(XRD)和紅外光譜分析(FT-IR)分別表征了其形貌,晶體結(jié)構(gòu)和基團(tuán)情況;通過CV、恒電流充放電測試,交流阻抗分析等手段研究了其處于不同電壓、溫度下的電化學(xué)性能,討論了其結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系。
　　結(jié)合溶膠凝膠法和碳熱還原法制備了Li2FeSiO4/C正極材料,考察了包碳方式、絡(luò)合劑、PH值、煅燒溫度對材料形貌及電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明在pH為6的溶液中使用具有三個羧基的檸檬酸

3、為絡(luò)合劑,能更好地絡(luò)合亞鐵離子,形成更穩(wěn)定的Li2FeSiO4化合物,而加入蔗糖球磨的前驅(qū)體在700℃煅燒10 h制備的Li2FeSiO4/C材料,表面均勻包覆一層作為導(dǎo)電劑的碳,能降低電荷轉(zhuǎn)移阻抗,提高電化學(xué)性能,以0.1 C倍率放電,其放電比容量為154.4 mAh g-1,循環(huán)50次后,其比容量保持為142.5 mAh g-1。
　　通過同樣的方法摻雜Mn得到Li2Fe1-xMnxSiO4/C樣品,摻雜能使材料顆粒更小,其粒

4、徑達(dá)到100-200 nm左右。Mn的摻雜能提高材料的首次放電容量,但是隨著Mn含量的增加,容量衰減也在加快,當(dāng)x=0.1時材料有較好的首次放電比容量和較穩(wěn)定的循環(huán)性能,其首次放電比容量為164.8 mAh g-1,20次以后為150.5 mAh g-1。
　　結(jié)合溶膠凝膠法和碳熱還原法制備了Li3V2(PO4)3/C正極材料,研究了絡(luò)合劑、PH值、煅燒溫度對材料形貌及電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,使用甘氨酸為絡(luò)合劑能更好地絡(luò)合三價

5、的釩離子,加入蔗糖球磨的前驅(qū)體在700℃下煅燒10 h制備的Li3V2(PO4)3/C正極材料的電荷轉(zhuǎn)移阻抗最低,鋰離子擴(kuò)散系數(shù)也最大,因此具有最佳的電化學(xué)性能,以0.5 C倍率在3.0-4.3 V電壓范圍內(nèi)充放電,其放電比容量為129.2 mAh g-1,循環(huán)20次后,其比容量保持為123.3 mAh g-1。而在3.0-4.8 V電壓范圍內(nèi)以0.5 C充放電,首次放電比容量為150.2 mAh g-1,40次循環(huán)以后的容量保持率為8