鋰離子電池正極材料硅酸錳鋰的制備及其改性研究.pdf

1、鋰離子電池正極材料Li2MnSiO4具有理論容量高（333.0 mAh g-1）、熱穩(wěn)定好、成本低以及對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)。但是該材料也有很多缺點(diǎn)，如電子導(dǎo)電性低、在循環(huán)過(guò)程中結(jié)構(gòu)坍塌以及Mn在電解液中溶解，從而導(dǎo)致其循環(huán)性能較差。本論文主要對(duì)Li2MnSiO4材料的制備以及改性進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究。通過(guò)XRD、SEM、EDS、TEM等方法對(duì)合成的樣品進(jìn)行物理表征，恒流充放電測(cè)試、循環(huán)伏安曲線(xiàn)以及交流阻抗法對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)表征。
　　采用

2、快速溶膠凝膠法合成了 Li2MnSiO4/C材料，硅源為有機(jī)的硅酸四乙酯（TEOS）。研究了不同合成工藝對(duì)合成樣品的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響，探索出了合成Li2MnSiO4/C材料的最佳工藝：乙酸量為10 g，煅燒溫度為650℃，煅燒時(shí)間為6 h，碳含量為20 wt％。但是由于Li2MnSiO4材料在充放電過(guò)程中結(jié)構(gòu)坍塌的本質(zhì)缺陷以及Mn在電解液中的溶解，在最優(yōu)條件下合成的樣品循環(huán)性能仍不令人滿(mǎn)意。
　　為了提高溶膠凝膠法合成的Li

3、2MnSiO4/C材料電化學(xué)性能，我們分別對(duì)其在Mn位和Si位進(jìn)行離子摻雜。在Mn位摻雜共價(jià)離子（Zn2+和Cu2+）和異價(jià)離子（Ag+和 Cr3+），Li2MnSiO4/C樣品的電化學(xué)性能都有不同程度的提高。在硅位摻雜 Al3+離子可以使樣品中的鋰含量增加，合成的不同含量 Al3+離子摻雜的樣品中， Li2.02MnSi0.98Al0.02O4/C樣品呈現(xiàn)出了最優(yōu)的電化學(xué)性能。
　　首次提出氧化物和碳共包覆來(lái)提高Li2MnSiO

4、4材料的性能。本論文研究了三種不同的氧化物材料MoO2，ZnO和TiO2對(duì)Li2MnSiO4/C材料的結(jié)構(gòu)和性能的影響。一步溶膠凝膠法合成的不同含量 MoO2包覆的Li2MnSiO4/C材料中，包覆量為1 wt%時(shí)，材料呈現(xiàn)了最優(yōu)的電化學(xué)性能，在0.1 C倍率下的首次放電容量為184.9 mAh g-1。包覆ZnO和TiO2的最優(yōu)樣品在0.1 C倍率下的放電容量分別為182.8和186.4 mAh g-1。并且，包覆后的樣品都呈現(xiàn)出了較

5、好的循環(huán)性能。通過(guò)非原位XRD分析可知，包覆氧化物可以在一定程度上抑制結(jié)構(gòu)的坍塌。ICP測(cè)試表明，氧化物可以減少M(fèi)n在循環(huán)過(guò)程中溶于電解液中的濃度。
　　首次采用水熱法，使用無(wú)機(jī)的硅酸代替有機(jī)的TEOS作為硅源來(lái)合成Li2MnSiO4/C材料?？疾炝瞬煌暮铣蓷l件對(duì)最終樣品結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。得到該方法制備Li2MnSiO4/C材料的最優(yōu)條件為：水熱反應(yīng)溫度為180℃，水熱反應(yīng)時(shí)間為36 h，煅燒溫度為600℃，溶劑中添加20