Li2FeSiO4-C復合正極材料的制備與電化學性能研究.pdf

1、新型鋰離子電池正極材料Li2FeSiO4因其原料來源廣泛、對環(huán)境無污染、安全性高等優(yōu)點而倍受關注。但 Li2FeSiO4中鋰離子擴散速率小,其自身電子導電率低,限制了它在實際中的應用。本文分別采用了固相法和水熱法制備 Li2FeSiO4/C納米材料,分別研究了不同制備方法下得到的納米材料的結構、形貌和電化學性能,并探究了采用水熱法制備材料時水熱反應溫度和碳含量對材料結構和電化學性能的影響。
　　以Li2CO3、FeC2O4·2H2

2、O和納米SiO2為反應物,以蔗糖為碳源,采用固相法制備Li2FeSiO4/C。合成的材料中有一定數(shù)量的雜質(zhì)存在,顆粒粒度集中分布在幾十納米范圍內(nèi)。在1/16 C的倍率下,材料首次放電容量為153 mAh·g-1,35次循環(huán)后放電容量55 mAh·g-1,容量保持率約為36％。在反應物中按化學計量比添加 C4H6MnO4·4H2O,制備Li2Fe0.5Mn0.5SiO4/C。在1/16 C倍率下,材料的首次放電容量211 mAh·g-1,

3、第二次循環(huán)中放電容量達到最大值308 mAh·g-1,接近Li2MnSiO4的理論容量,25次循環(huán)后容量保持率為33%。通過對兩種材料的電化學性能進行對比,摻 Mn處理后材料具有更高的放電容量和更好的循環(huán)性能,說明摻 Mn處理可有效改善材料的電化學性能。
　　以 CH3COOLi·2H2O、FeC2O4·2H2O、Si(C2H5O)4為反應物,以蔗糖為碳源,采用水熱法制備Li2FeSiO4/C。探究水熱反應溫度和碳含量對材料結構和

4、性能的影響。水熱反應溫度為150℃時,材料具有更小的顆粒尺寸,更大的放電容量和更好的循環(huán)性能。碳含量為12.5%時,顆粒大小更均一,分散性更好,電化學性能更優(yōu)越。綜合以上情況,在水熱反應溫度為150℃,碳含量為12.5%的實驗條件下制備Li2FeSiO4/C,此時材料的粒徑大小均一,集中分布在十幾納米左右。在0.1 C倍率下,優(yōu)化后水熱法制備的 Li2FeSiO4/C材料,首次充放電容量分別為140 mAh·g-1、144 mAh·g-

5、1,庫倫效率大于100%。在之后循環(huán)中放電容量一直維持在160 mAh·g-1,最大放電容量為166 mAh·g-1,達到了 Li2FeSiO4材料的理論容量,20次循環(huán)后放電容量為151 mAh·g-1,容量沒有衰減。同時,材料也具有較好的倍率性能,在1 C倍率下首次放電容量121 mAh·g-1,前30次循環(huán)中放電容量一直維持在110 mAh·g-1左右;在2 C倍率下首次放電容量90 mAh·g-1,之后循環(huán)中放電容量一直維持在1