利用納米導電相提高正極材料Li 2FeSi O4的倍率性能.pdf

1、Li2FeSiO4允許兩個鋰離子在其結(jié)構(gòu)單元中可逆脫出/嵌入,即其理論比容量可以達到330 mAh/g,而被認為是目前最有發(fā)展前景的鋰離子電池正極材料之一。但是, Li2FeSiO4電子導電率和鋰離子擴散速率很低,在材料制備煅燒過程中很容易分相產(chǎn)生電絕緣SiO2雜相,這些缺點導致Li2FeSiO4的高倍率充放電性能很差。本論文以溶膠凝膠工藝為基礎,在納米尺度上,引入導電相,形成“絕緣 Li2FeSiO4納米晶體/導電相”復合結(jié)構(gòu),期望提

2、高電極反應動力,以改善Li2FeSiO4正極材料的倍率性能。
　　控制SiO2基材料的原位結(jié)晶過程,析出與Li2FeSiO4納米晶體共生的少量混合價態(tài)Fe7SiO10納米晶體,減少 SiO2雜相,以期提高 Li2FeSiO4正極材料的倍率性能。使用表面活性劑 P123為碳源和納米結(jié)構(gòu)控制劑,通過材料組分偏離化學計量比和調(diào)節(jié)燒結(jié)氣氛,使過量FexOy與SiO2發(fā)生化學反應而原位轉(zhuǎn)變成導電相Fe7SiO10,減少了SiO2雜相,制備出

3、了 Li2FeSiO4/Fe7SiO10異質(zhì)納米晶與非晶碳組成的介孔復合材料,主晶相為單斜晶系 Li2FeSiO4。放電倍率為0.1C時,Li2FeSiO4/Fe7SiO10/C復合材料的放電比容量為190 mAh/g,實現(xiàn)了一個以上鋰離子的脫嵌。放電倍率增加至10C時, Li2FeSiO4/Fe7SiO10/C的容量保持率高達58.9％,而Li2FeSiO4/C的容量保持率僅為22.5%。Li2FeSiO4/Fe7SiO10/C材料優(yōu)

4、異的倍率性能歸因于電絕緣SiO2相的減少及導電相Fe7SiO10可以有效地提高Li2FeSiO4/ Li2FeSiO4異質(zhì)晶粒內(nèi)部的電子導電性。
　　此外,利用碳納米管(CNTs)納米導線改善 Li2FeSiO4/C納米顆粒之間的導電性,以期提高Li2FeSiO4材料的倍率性能。以表面活性劑P123為碳源,在溶膠凝膠工藝中,將碳納米管分散在溶膠中,原位合成了不同CNTs含量的Li2FeSiO4@C/CNTx(x=0,2%,4%,8

5、%,12%, wt% vs. pure Li2FeSiO4)納米復合材料。放電倍率為10C時, Li2FeSiO4@C/CNTx(x=2,4,8,12)的容量保持率依次為49.41%、58.85%、49.87%、47.75%,而 Li2FeSiO4@C的容量保持率僅為25.53%,4%為 CNTs的最佳添加量。Li2FeSiO4@C/CNTx電極材料改善的倍率性能歸因于一維碳納米管在Li2FeSiO4@C納米顆粒間起導電橋梁作用,碳納米