鋰離子電池正極材料Li2MnSiO4的多方法制備與摻雜改性研究.pdf

1、硅酸錳鋰（Li2MnSiO4）作為一種高容量鋰離子電池正極材料，比容量可達(dá)到330mAhg-1。同時(shí)，Li2MnSiO4的熱穩(wěn)定性較高、成本低廉環(huán)保。然而它的固有電子電導(dǎo)率低，在充/放電過程中結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在很大程度上限制了它的實(shí)際應(yīng)用。本論文分別采用不同合成方法制備Li2MnSiO4，并對合成條件條件進(jìn)行了探索，在此基礎(chǔ)上對Li2MnSiO4進(jìn)行摻雜以改善其電化學(xué)性能。具體工作如下：
　　本文采用多元醇輔助的水熱法合成了Li2Mn

2、SiO4/C材料，并對乙二醇和水混合溶劑中的醇/水體積比、水熱反應(yīng)時(shí)間、鋰源、煅燒溫度進(jìn)行了研究。采用SEM、XRD等測試手段對材料進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，醇/水比會影響生成物的純度，而煅燒溫度則對材料的形貌和晶粒尺寸有決定性的作用。其最佳合成條件：混合溶劑中的醇水比為25/45，180℃水熱反應(yīng)8天，使用氫氧化鋰作為鋰源，650-700℃煅燒10h。在此基礎(chǔ)上合成出具有高比容量的Li2LaxMn(1-x)SiO4/C材料，最佳摻雜量為

3、1at.％，首次放電容量可達(dá)到257mAhg-1。從EIS和CV結(jié)果可看出，摻雜La3+后，鋰離子在材料內(nèi)部的擴(kuò)散速率得到提高，同時(shí)減小材料的極化。循環(huán)測試后樣品的XRD和TEM測試結(jié)果表明，摻雜La3+不僅可以提高Li2MnSiO4的容量，還能夠在充/放電過程中穩(wěn)定Li2MnSiO4的結(jié)構(gòu)，一定程度上抑制其二維層狀結(jié)構(gòu)的破壞，從而提高材料的活性物質(zhì)利用率。
　　本文采用濕磨輔助的固相法在650℃合成了Li2MnSiO4/C材料，

4、所需合成溫度較低。所合成的Li2MnSiO4晶體結(jié)構(gòu)完整，且樣品形貌均一。固相法中對Li2MnSiO4分別摻雜Ti4+和Zn2+的改性研究發(fā)現(xiàn)，Ti4+和Zn2+都可改善材料的電化學(xué)性能。摻雜3at.%Ti4+后，材料的首次放電容量可以達(dá)到209.5mAhg-1,明顯高于固相合成的未摻雜樣品。同等條件下Zn2+摻雜量為3at.%時(shí)所合成樣品的首次放電容量提高并不明顯，但是循環(huán)性能得到改善。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，摻雜陽離子的化合價(jià)與摻雜效果間存在