鋰離子電池用硅酸鐵(錳)鋰Li2MSiO4(M=Fe,Mn)負(fù)極材料的電化學(xué)性能研究.pdf

1、聚陰離子型化合物L(fēng)i2MSiO4（M=Fe,Mn），用作正極時(shí)，其固有的缺陷也嚴(yán)重限制了在實(shí)際中的應(yīng)用，也可用作鋰離子電池的負(fù)極材料。然而Li2MSiO4用作負(fù)極材料時(shí)，顯示出更優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。
　　本文主要從材料合成、電化學(xué)性能分析、機(jī)理研究三個(gè)方面對Li2MSiO4（M=Fe,Mn）進(jìn)行研究。具體內(nèi)容及研究成果如下：
　　（1）采用改性的溶膠-凝膠法制備出高純相的Li2MnSiO4/C納米復(fù)合材料。在合成Li

2、2MnSiO4過程中，通過球磨法加入了兩親性碳質(zhì)材料（ACM），以使其在高溫煅燒時(shí)在Li2MnSiO4晶體表面形成一層導(dǎo)電的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)碳層，從而增加材料的導(dǎo)電性。合成的Li2MnSiO4/C中最終碳含量約為13.4％。為了更好的研究負(fù)極的反應(yīng)機(jī)理，Li2MnSiO4/C正極用于對比研究。對比結(jié)果表明：Li2MnSiO4/C負(fù)極的充放電機(jī)理與作正極時(shí)不同，負(fù)極的電化學(xué)性能也優(yōu)于正極。Li2MnSiO4/C正極在0.05C（16.6mA/

3、g）的電流密度下首次放電容量為134mAh/g，20次循環(huán)后容量僅為66mAh/g；Li2MnSiO4/C負(fù)極在20mA/g的電流密度下首次放電容量為658mAh/g，50次充放電后容量仍保持在459mAh/g。據(jù)Li2MnSiO4/C電極不同的電化學(xué)行為，提出了不同的反應(yīng)機(jī)理。Li2MnSiO4/C正極為鋰離子脫嵌機(jī)理：Li2MnSiO4/Li++LiMnSiO4+e-（1）；Li2MnSiO4/C負(fù)極為轉(zhuǎn)化機(jī)理：Mn+3/2 Li2

4、O+1/2 Mn2O3+3Li++3e-（2），在第一次放電過程中Li2MnSiO4發(fā)生不可逆反應(yīng)，生成單質(zhì)Mn、SiO2、Li2O，在隨后的充放電過程中則發(fā)生上述可逆反應(yīng)。
　?。?）以硝酸鐵為鐵源，膠態(tài)SiO2為硅源,ACM為碳源，通過溶膠凝膠法合成出純相的Li2FeSiO4/C納米復(fù)合材料，用作鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。50mA/g的電流密度下，首次充電容量為569mAh g-1，循環(huán)60次充放