硅酸亞鐵鋰正極材料的Fe位雙摻雜改性研究.pdf

1、硅酸亞鐵鋰作為一種新型的電池正極材料，因其具有價(jià)格低廉、綠色環(huán)保以及高比容量等優(yōu)勢(shì)而受到關(guān)注。然而，較低的電子電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)限制了它的容量和倍率性能。為此，本論文利用高溫固相工藝，制備合成了 Fe位雙元素?fù)诫s的Li2Fe0.8-xMn0.2MxSiO4（M= Mg2+，Zn2+,Ni2+；x=0.05,0.1）新型改性正極材料，對(duì)比研究了它們的電化學(xué)性能，并探討了可能的作用機(jī)制。
　　1、非變價(jià)離子（Mg2+，Zn2+）的

2、摻雜研究
　　共摻材料Li2Fe0.8-xMn0.2MxSiO4（M= Mg2+，Zn2+；x=0.05,0.1）的測(cè)試顯示， Mg2+，Zn2+的摻入，使得共摻材料的首次放電容量降低，循環(huán)性能得到提高。當(dāng)x=0.05和0.1時(shí)，Li2Fe0.8-xMn0.2MgxSiO4樣品，在1.5-4.5V充放電區(qū)間，首次放電容量分別為118和96.8 mAh/g，Li2Fe0.8-xMn0.2ZnxSiO4樣品的首次放電容量分別為108.

3、5和79.6mAh/g，低于與單摻Mn摻材料Li2Fe0.8Mn0.2SiO4的127 mAh/g（1.5-4.5V）。然而50次循環(huán)后，對(duì)應(yīng)的容量保持率都在50％以上，高于單摻材料的30.4%。其中， Li2Fe0.75Mn0.2Mg0.05SiO4樣品顯示出較好的循環(huán)和倍率性能，當(dāng)電流密度變?yōu)?.25C、0.375C、0.5C、0.75C、1C和2C時(shí)，對(duì)應(yīng)的放電容量分為78.1、69.7、58.2、49.8、40.7和35.6 m

4、Ah/g。上述共摻材料的性能變化主要與非變價(jià)Mg2+，Zn2+能夠穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)，抑制Mn3+姜-泰勒效應(yīng)有關(guān)。
　　2、變價(jià)離子（Ni2+）的摻雜研究
　　Ni2+的摻入，使共摻材料Li2Fe0.8-xMn0.2NixSiO4（x=0.05,0.1）的首次充放電容量和倍率性能得到提高。特別是Ni2+摻量為0.1的樣品，在1.5-4.8V充放電區(qū)間，首次充放容量分別為188和164 mAh/g，優(yōu)于單摻Mn材料Li2Fe0.8

5、Mn0.2SiO4的166.8和137mAh/g（1.5-4.8V）。此外，當(dāng)電流密度為40，60和80 mAh/g時(shí)，對(duì)應(yīng)的首次放電容量則保持在90，80和70 mAh/g左右。CV、EIS測(cè)試表明，這與Ni2+元素可能參與電化學(xué)反應(yīng)以及電荷遷移電阻（Rct）較小有關(guān)。然而，摻鎳后樣品的脫嵌鋰程度增加，導(dǎo)致晶構(gòu)無(wú)定形化進(jìn)程加速，循環(huán)性能變差。經(jīng)50次循環(huán)后，當(dāng)x=0.05，0.1時(shí)，共摻樣品對(duì)應(yīng)的容量保持率分別僅為16.7%和15.6