介孔高能磷酸鹽材料的生物合成研究.pdf

1、以酵母細胞為介孔結構模板和非晶態(tài)碳源,合成出了介孔高能磷酸鹽:介孔Li3V2(PO4)3/C微球, Li3V2-2xTixMgx(PO4)3/C納米材料,快離子導體Li2O-MgO-P2O5-TiO2微晶玻璃和Li1+0.3xTi2-2xZnxAlx(PO4)3負極材料。
　　通過生物自組裝的方法合成出了直徑為1-8μm的Li3V2(PO4)3/C復合微球。這些微球是由大小為20-40 nm的顆粒和大小為2-15 nm的連通孔構成

2、的,因此它們有介孔結構的性能。介孔Li3V2(PO4)3/C復合微球具有高的放電容量為126.7 mAh g-1,且在0.2 C倍率下循環(huán)50次后,容量僅損失2％,同時也具有高倍率放電性能,在3.0-4.3 V,5 C倍率下放電容量達到100.5 mAh g-1。鋰離子傳導率通過測量和計算得6.76×10-10 cm2 s-1。這種微球是一種理想的正極活性材料,能夠滿足高功率鋰離子電池應用的要求。
　　Li3V2-2xTixMgx

3、(PO4)3/碳納米材料合成溫度為700oC時,表現(xiàn)出了最高的比表面積為72.20 m2g-1。在Li3V2-2xTixMgx(PO4)3/碳復合材料中,當x=0.2時,樣品具有最好的倍率放電性能,在3.0-4.8 V,0.1 C、0.5 C、1 C、10 C和60 C倍率下的放電性能分別為158.6,133.8,115.4,98.5和35.4 mAh g-1。鋰離子在充電過程中,在3.65、3.72、4.15和4.64 V電壓下,鋰離

4、子傳導率分別為3.25×10-11、7.36×10-11、4.28×10-10和8.18×10-10 cm2 s-1。
　　具有棉花糖狀結構和多級有序介孔結構的Li2O-MgO-P2O5-TiO2快離子導體成功合成。通過表征酵母細胞、樣品前驅體和樣品的表面形貌,提出了Li2O-MgO-P2O5-TiO2快離子導體的合成機理。Li2O-MgO-P2O5-TiO2快離子導體表現(xiàn)出了較高的穩(wěn)定性、高的鋰離子傳導性和寬廣的電壓平臺。Li1

5、+2xMgxTi2-x(PO4)3樣品的離子傳導率隨著x值的增加而呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢,在x值等于0.5時,表現(xiàn)出了最大的離子傳導率為?t=4.39×10-5 S cm-1。同時,在x值等于0.5時,活化能顯示出了最小的值,為38.68 kJ mol-1(0.39 eV)。這種方法為在室溫下合成多級有序介孔材料開辟了一種綠色的合成路徑。
　　介孔Li1+0.3xTi2-2xZnxAlx(PO4)3納米材料成功合成,其中在700

6、oC合成的材料表現(xiàn)出了最大的比表面積為72.40 m2 g-1。Li1+0.3xTi2-2xZnxAlx(PO4)3,在x=0.3時,表現(xiàn)出了很好的循環(huán)性能,在0.0-1.6 V,0.2 C倍率下放電容量達到了261.5 mAh g-1。同時它也顯示出了寬廣的電壓平臺和顯著的穩(wěn)定性。
　　實驗結果表明,一種新的以酵母細胞作為模板和碳源的生物仿生合成方法已經提出,可以合成介孔微球、納米結構、多級有序結構等高性能磷酸鹽材料,這些材料將