硅酸鹽基復(fù)合材料的設(shè)計(jì)合成及儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、為了緩解化石能源的短缺及環(huán)境污染，太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉囱杆俚陌l(fā)展起來(lái)；而對(duì)可再生能源進(jìn)行大規(guī)模的儲(chǔ)存成為制約其發(fā)展的關(guān)鍵，在眾多的能源儲(chǔ)存設(shè)備中，鋰離子電池因其高的能量轉(zhuǎn)換效率、長(zhǎng)的循環(huán)壽命、低的自放電等優(yōu)勢(shì)而引起了廣泛的關(guān)注。正極材料作為二次電池的重要組成部分，其電化學(xué)性能在很大程度上影響整體的電池性能。自二十世紀(jì)八十年代以來(lái)，人們對(duì)于高容量鋰離子電池儲(chǔ)能材料的探索和改進(jìn)并未停止。硅酸鹽材料，因其硅元素豐富易得、由硅氧鍵組

2、成的硅酸根正四面體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、理論比容量高等優(yōu)勢(shì)而吸引了人們的廣泛關(guān)注。但是其離子遷移率及導(dǎo)電率均較低，從而影響了其電化學(xué)性能。
　　材料的納米化可以縮短鋰離子的傳輸路徑，構(gòu)筑良好的導(dǎo)電骨架可以提供電子的快速的傳輸通道，兩者協(xié)同作用能有效地改善上述問(wèn)題?；诖吮菊撐膶?duì)硅酸鹽基材料進(jìn)行了以下幾個(gè)部分的研究：
　　（1）控制合成不同粒徑的Li2FeSiO4/C復(fù)合材料調(diào)控其電化學(xué)性能。采用不同粒徑的二氧化硅為原料和模板，制備出了粒

3、徑可控的納米Li2FeSiO4/C材料。通過(guò)電化學(xué)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，顆粒的粒徑與材料的電化學(xué)性能相關(guān)性較強(qiáng)。粒徑20 nm的二氧化硅為前驅(qū)體制備出的Li2FeSiO4/C具有最優(yōu)的循環(huán)和倍率性能。在0.1 C的倍率下，其首周的放電容量為178.2 mAh g-1，70周循環(huán)后的放電比容量依舊保持在164.8 mAh g-1。在2 C的大倍率下，此材料仍保持了78 mAh g-1的放電比容量。較小的粒徑縮短了Li+的擴(kuò)散路徑，均勻的碳包覆減小了電

4、化學(xué)過(guò)程中的電荷轉(zhuǎn)移阻抗，從而提升了材料的倍率性能。
　?。?）合成不同的粒徑及結(jié)晶度的Fe2SiO4/SiO2/C復(fù)合材料，并探索其用作鋰離子電池正極材料。電化學(xué)測(cè)試表明，粒徑最?。?0 nm）且無(wú)定型的復(fù)合納米材料Fe2SiO4/SiO2/C具有最為優(yōu)越的電化學(xué)性能。在16 mA g-1的電流密度下，其放電容量高達(dá)314 mAh g-1。進(jìn)一步通過(guò)非原位XRD和XPS來(lái)研究了充放電過(guò)程實(shí)現(xiàn)的機(jī)理。
　?。?）設(shè)計(jì)構(gòu)筑三維

5、結(jié)構(gòu)的Fe2SiO4/rGO復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)電子的快速傳導(dǎo)從而提升材料電化學(xué)活性。采用原位生長(zhǎng)的方法制備具有三維結(jié)構(gòu)的SiO2/GO，進(jìn)一步與鐵源復(fù)合，得到了三維結(jié)構(gòu)的Fe2SiO4/rGO復(fù)合材料。結(jié)果顯示，石墨烯的用量對(duì)Fe2SiO4/rGO性能有較大的影響。隨著石墨烯含量的提高，電池的電荷轉(zhuǎn)移阻抗逐漸減小，材料的比容量和倍率性能逐漸提高。在0.5 C的倍率下，石墨烯含量為120 mg的Fe2SiO4/rGO具有111.1 mAh g