鋰離子電池正極材料Li2FeSiO4的改性研究.pdf

1、本文采用回流輔助固相法成功合成了抗壞血酸改性Li2FeSiO4/C正極材料（LFS/C-AA），Na摻雜改性Li2Fe0.5Mn0.5SiO4/C正極材料（Li2-xNaxFe0.5Mn0.5SiO4/C）以及不同鋰鹽用量的Li2FeSiO4/C正極材料（LixFeSiO4/C）。采用X射線衍射分析儀（XRD）、場發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）、高分辨透射電鏡（HRTEM）、X射線光電子能譜（XPS）和拉曼光譜（Raman）分析了相關(guān)復(fù)合

2、材料的物相、形貌及其微觀結(jié)構(gòu)；通過恒流充放電測試、循環(huán)伏安法（CV）、電化學(xué)交流阻抗（EIS）和四探針測試儀來表征材料的電化學(xué)性能。
　　（1）添加抗壞血酸對LFS/C進(jìn)行改性研究，結(jié)果表明：LFS/C-AA復(fù)合材料結(jié)構(gòu)為單斜結(jié)構(gòu)（JCPDS, No.77-4374），空間群為P21；樣品的顆粒尺寸為100~500 nm，與LFS/C（80~200 nm）相比，LFS/C-AA（30~100 nm）具有較小的顆粒尺寸，這樣縮短鋰離

3、子擴(kuò)散路徑，有利于鋰離子的擴(kuò)散；抗壞血酸在燒結(jié)過程中能夠有效地抑制Fe2+的氧化，抗壞血酸的熱解碳表現(xiàn)出較高的電導(dǎo)率，而且LFS/C-AA中殘余碳的石墨化程度明顯提升（ID/IG=1.73），與LFS/C（117.3 mAh g-1）相比，LFS/C-AA在0.1C下初始放電容量為163.3 mAh g-1，表現(xiàn)出了良好的電化學(xué)性能，性能的提升得益于減小的顆粒尺寸，提高的電導(dǎo)率以及鋰離子擴(kuò)散率。
　?。?）對于Na摻雜改性Li2F

4、e0.5Mn0.5SiO4/C復(fù)合材料， XRD結(jié)果表明， Li2-xNaxFe0.5Mn0.5SiO4/C是空間群為P21和Pmn21的混合晶型。所有樣品呈現(xiàn)不規(guī)則的顆粒，尺寸范圍為~100 nm到~500 nm，XPS證實Na不僅存在于Li2Fe0.5Mn0.5SiO4/C顆粒表面，同時也成功的摻入到Li2Fe0.5Mn0.5SiO4/C晶格中。Na摻雜能夠有效地提高Li2Fe0.5Mn0.5SiO4/C材料的放電容量， LFMS-

5、0.01Na首次放電容量最高為264.6 mAh g-1，對應(yīng)于1.59 mol Li+的脫嵌。Na摻雜同時提升材料的倍率性能，這是因為摻雜提高了材料的電導(dǎo)率以及鋰離子擴(kuò)散率，同時降低了電荷轉(zhuǎn)移電阻。循環(huán)過程中所有樣品的容量都表現(xiàn)出一定的衰減， LFMS， LFMS-0.01Na， LFMS-0.03Na以及LFMS-0.05Na的容量保持率分別為47.9，51.7，58.7和55.1％，通過樣品充放電前后XRD分析表明，充放電后樣品的

6、衍射峰變?nèi)跎踔料В@是由于LFMS中LMS在首次充電后發(fā)生無定型轉(zhuǎn)變，而且這種轉(zhuǎn)變是不可逆的。
　?。?）通過不同鋰鹽用量來合成LixFeSiO4/C正極材料，實驗結(jié)果表明，當(dāng)x=2.02時，Li2.02FeSiO4/C表現(xiàn)出最好的電化學(xué)性能，0.1 C下，Li2.02FeSiO4/C的首次放電容量達(dá)到161.9 mAh g-1，循環(huán)50圈后容量為138.2 mAh g-1，容量保持率為85.3%， EIS結(jié)果表明，Li2.02