鋰離子電池正極材料Li2MnSiO4的制備與改性研究.pdf

1、由于Li2MnSiO4具有較高的理論比容量，成本低，無污染等優(yōu)勢，成為近年來鋰離子電池正極材料研究的熱點，但是Li2MnSiO4電導(dǎo)率低以及結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等缺陷使其電化學(xué)性能較差。針對這些問題，本文通過碳包覆和離子摻雜的方法改性Li2MnSiO4，旨在提高Li2MnSiO4的物理與電化學(xué)性能。
　　首先，碳包覆改性Li2MnSiO4，并對燒成溫度，碳源以及碳含量等條件優(yōu)化，實驗結(jié)果表明，以酵母細胞為碳源，在氮氣氣氛下以700℃燒結(jié)10

2、 h制備的Li2MnSiO4/C復(fù)合材料的比表面積高達81.5987 m2g-1，且孔徑分布在3 nm左右，當電壓范圍為1.5—4.8 V時，0.05 C倍率下，材料第二次的放電比容量是184.17 mA h g-1，循環(huán)100次后，仍具有42.8 mA h g-1的放電比容量，0.1 C，0.2 C，0.5 C以及1 C的倍率下，其首次的放電量分別是171.8 mA h g-1，160.48 mA h g-1，142.87 mA h

3、g-1，126.25 mA h g-1。
　　其次，Mg2+摻雜改性 Li2MnSiO4，以溶膠-凝膠法制備了 Li2Mn1-xMgxSiO4/C復(fù)合正極材料，探究了不同x值對Li2MnSiO4的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響，研究結(jié)果表明，少量 Mg2+的摻雜對 Li2MnSiO4的晶體結(jié)構(gòu)無明顯的影響，Mg2+起到支撐Li2MnSiO4結(jié)構(gòu)的作用，從而有利于鋰離子和電子的遷移與移動，提高材料的電子與離子電導(dǎo)率，從而改善材料的電化學(xué)性能

4、，且當x=0.05時， Li2Mn0.95Mg0.05SiO4/C電極材料具有較優(yōu)異的電化學(xué)性能，0.05 C的倍率下，其第二次的放電比容量是154.7 mA h g-1，當倍率為0.1 C，0.2 C，0.5 C時，其首次的放電比容量分別是120.08 mA h g-1，102.64 mA h g-1，以及85.59 mA h g-1。
　　再者，磷酸根摻雜改性 Li2MnSiO4，以 Na2ATP為生物自主裝模板，并且提供磷源

5、，以溶膠-凝膠法制備了Li2MnPxSi1-xO4/C復(fù)合正極材料，并探究了不同x值對復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響，研究結(jié)果表明少量磷酸根的加入，有利于提高材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能。同時考慮到鋰離子與磷酸根的共同作用，制備了Li2+xMn1-xPxSi1-xO4/C以及Li2-xMnPxSi1-xO4/C復(fù)合正極材料，研究結(jié)果表明，當x=0.05時，且磷酸根的摻雜方式為Li2-xMnPxSi1-xO4/C時，所得材料的電化學(xué)性能

6、最好，當電壓范圍為1.5—4.8 V時，0.1 C的倍率下，材料首次的放電比容量高達202.7mA h g-1，且循環(huán)30次后，材料的放電比容量仍可維持在121.3mA h g-1。
　　最后，以Li1.95MnP0.05Si0.95O4/C復(fù)合正極材料為研究對象，探究了材料容量衰減的過程與機理，發(fā)現(xiàn)材料在反復(fù)的充放電過程中，樣品逐步由結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)，且這種轉(zhuǎn)變是徹底的不可逆的，另一方面，由于Mn3+的Jahn-Teller效