原位硼酸鐵鋰-磷酸鐵鋰雜化硅酸亞鐵鋰鋰離子電池正極材料.pdf

1、隨著科技的發(fā)展，鋰離子電池電極材料越來越難以滿足現(xiàn)代社會(huì)電子設(shè)備對鋰離子電池的需求。以Li2FeSiO4為代表的正硅酸鹽系作為鋰離子電池正極材料具有高理論容量(332mAh/g)、豐富的原材料、低廉的價(jià)格、對環(huán)境無污染以及好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性等優(yōu)點(diǎn)，是新型鋰離子電池中非常具有潛力的一種正極材料。但Li2FeSiO4同樣具有大多數(shù)聚陰離子型材料所存在的缺陷，即作為正極材料時(shí)本征電子導(dǎo)電率和鋰離子擴(kuò)散速率都很差，導(dǎo)致Li2FeSiO4正極

2、材料的循環(huán)性能以及大倍率充放電性能較差，使其應(yīng)用受到極大的限制。本論文針對Li2FeSiO4存在的這些問題，對Li2FeSiO4電極材料進(jìn)行表面碳包覆和異相結(jié)構(gòu)雜化，使其電化學(xué)性能獲得了大幅度提升。主要研究工作包括以下兩個(gè)方面：
　　(1)通過檸檬酸輔助溶膠凝膠法原位合成(1-x)Li2FeSiO4·xLiFeBO3/C(x=0,0.02,0.05,0.08and0.12)異質(zhì)晶粒納米復(fù)合材料。研究不同的LiFeBO3摻入量對Li

3、2FeSiO4電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明0.92Li2FeSiO4·0.08LiFeBO3/C樣品在作為正極材料有最好的循環(huán)性能和倍率性能。0.92Li2FeSiO4·0.08LiFeBO3/C樣品在0.1C倍率循環(huán)5圈之后其放電比容量達(dá)到251mAh/g，相對于第一圈的容量其保持率為104.5％，而Li2FeSiO4/C樣品電極循環(huán)5圈之后的放電比容量僅為192.7mAh/g，容量保持率只有93.0%。0.92Li2FeSiO4·0.

4、08LiFeBO3/C樣品在1C倍率下循環(huán)呈現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)100圈之后，容量仍然保持有第十圈容量的102.9%，其在倍率循環(huán)時(shí)甚至在10C倍率下容量仍然有115mAh/g，遠(yuǎn)高于Li2FeSiO4/C樣品的84mAh/g，且0.92Li2FeSiO4·0.08LiFeBO3/C樣品在經(jīng)過40圈更高倍率循環(huán)之后再回到1C倍率時(shí)其容量(175.1mAh/g)稍高于高倍率循環(huán)之前1C倍率下的容量(171.1mAh/g)。此外，0.

5、92Li2FeSiO4·0.08LiFeBO3/C作為負(fù)極材料時(shí)其表現(xiàn)的電化學(xué)性能也非常優(yōu)異，作為高能量鋰離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用很有潛力。
　　(2)與前述同樣的方法合成(1-x-y)Li2FeSiO4·xLiFeBO3·yLiFePO4/C異質(zhì)納米晶粒復(fù)合材料。結(jié)果表明0.92Li2FeSiO4·0.04LiFeBO3·0.04LiFePO4/C樣品有最好的充放電性能。可以看到0.92Li2FeSiO4·0.04LiFeBO3·

6、0.04LiFePO4/C正極材料在0.1C循環(huán)30圈、1C循環(huán)200圈、5C循環(huán)500之后其放電比容量分別有168.6,115.9和108.3mAh/g，遠(yuǎn)高于Li2FeSiO4/C(134.5,100.1和85.6mAh/g)和0.8Li2FeSiO4·0.1LiFeBO3·0.1LiFePO4/C(134.5,99.4和76.4mAh/g)的容量。而且在倍率性能測試中，0.92Li2FeSiO4·0.04LiFeBO3·0.04L