Li2MnSiO4正極材料的熱合成動力學及電化學性能研究.pdf

1、作為新型鋰離子電池正極材料，Li2MnSiO4具有理論容量高(333 mAh/g)、自然資源豐富、原材料價格低廉、無毒、對環(huán)境友好、安全性能高等優(yōu)點。但是，其本身電子電導率非常低，嚴重影響鋰離子在材料中的脫/嵌效率；而且在循環(huán)過程中材料晶構的無定形化，導致Li2MnSiO4正極幾乎無電化學活性。針對上述問題，本論文開展研究如下：
　　 一、根據(jù)固相熱合成反應的特點，優(yōu)化了Li2MnSiO4正極材料的合成工藝。
　　 利用

2、差熱-熱重分析(TG-DSC)結合紅外光譜(FTIR)技術，對Li2MnSiO4前驅(qū)體的熱分解過程進行分析。實驗結果表明：Li2MnSiO4前驅(qū)體在加熱升溫過程中的二個失重主要歸因于原料的脫水和分解；在不同升溫速率條件下測得的差示掃描量熱曲線主要由5個吸熱峰組成，利用Doyle-Ozawa法和Kissinger法對前驅(qū)體分解失重階段中三個吸熱峰(>200℃)的反應活化能計算結果分別為：384.12、120.63、263.43 kJ/mo

3、l和350.78、117.16、227.59 kJ/mol；二者吻合較好。此外，基于Kissinger法進一步確定了相關反應階段的反應級數(shù)、頻率因子和動力學速率方程。
　　 由上述實驗數(shù)據(jù)，提出分步焙燒的優(yōu)化工藝：將直接升溫的合成工藝進行了分步優(yōu)化，最終采用的高溫固相法合成工藝為：200℃(2h)→研磨、壓實→400℃(3h)→500℃(2h)→700℃(10h)。將優(yōu)化前后合成的Li2MnSiO4/C正極材料的物相、形貌、粒度

4、及電化學性能的對比結果顯示：分步焙燒工藝有利于制得純度高、顆粒小、均勻性好的目標材料。
　　 二、Li2MnSiO4/C正極材料摻碳增容改性的研究。
　　 為改善低電導率Li2MnSiO4材料的電化學性能，以葡萄糖作為碳源，采用優(yōu)化的真空固相法制備了不同摻碳量的L2MnSiO4/C復合正極材料，并與未摻碳樣品進行對比。利用X-射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、激光粒徑分析技術(LS)表征各個樣品的物相和形貌特