论文部分内容阅读
由于Li2MnSi O4具有较高的理论比容量,成本低,无污染等优势,成为近年来锂离子电池正极材料研究的热点,但是Li2MnSi O4电导率低以及结构不稳定等缺陷使其电化学性能较差。针对这些问题,本文通过碳包覆和离子掺杂的方法改性Li2MnSi O4,旨在提高Li2MnSi O4的物理与电化学性能。首先,碳包覆改性Li2MnSiO4,并对烧成温度,碳源以及碳含量等条件优化,实验结果表明,以酵母细胞为碳源,在氮气气氛下以700℃烧结10 h制备的Li2MnSi O4/C复合材料的比表面积高达81.5987 m2 g-1,且孔径分布在3 nm左右,当电压范围为1.5—4.8 V时,0.05 C倍率下,材料第二次的放电比容量是184.17mA h g-1,循环100次后,仍具有42.8 m A h g-1的放电比容量,0.1 C,0.2 C,0.5C以及1 C的倍率下,其首次的放电量分别是171.8 m A h g-1,160.48 mA h g-1,142.87 mA h g-1,126.25 mA h g-1。其次,Mg2+掺杂改性Li2MnSiO4,以溶胶-凝胶法制备了Li2Mn1-x MgxSiO4/C复合正极材料,探究了不同x值对Li2MnSiO4的结构和电化学性能的影响,研究结果表明,少量Mg2+的掺杂对Li2MnSi O4的晶体结构无明显的影响,Mg2+起到支撑Li2MnSi O4结构的作用,从而有利于锂离子和电子的迁移与移动,提高材料的电子与离子电导率,从而改善材料的电化学性能,且当x=0.05时,Li2Mn0.95Mg0.05SiO4/C电极材料具有较优异的电化学性能,0.05 C的倍率下,其第二次的放电比容量是154.7 m A h g-1,当倍率为0.1 C,0.2 C,0.5 C时,其首次的放电比容量分别是120.08 mA h g-1,102.64 mA h g-1,以及85.59 mA h g-1。再者,磷酸根掺杂改性Li2MnSiO4,以Na2ATP为生物自主装模板,并且提供磷源,以溶胶-凝胶法制备了Li2MnPxSi1-xO4/C复合正极材料,并探究了不同x值对复合材料的结构和电化学性能的影响,研究结果表明少量磷酸根的加入,有利于提高材料的结构稳定性和电化学性能。同时考虑到锂离子与磷酸根的共同作用,制备了Li2+xMn1-xPxSi1-xO4/C以及Li2-xMnPxSi1-xO4/C复合正极材料,研究结果表明,当x=0.05时,且磷酸根的掺杂方式为Li2-x MnPxSi1-xO4/C时,所得材料的电化学性能最好,当电压范围为1.5—4.8 V时,0.1 C的倍率下,材料首次的放电比容量高达202.7 mA h g-1,且循环30次后,材料的放电比容量仍可维持在121.3 mA h g-1。最后,以Li1.95MnP0.05Si0.95O4/C复合正极材料为研究对象,探究了材料容量衰减的过程与机理,发现材料在反复的充放电过程中,样品逐步由结晶态转变为非晶态,且这种转变是彻底的不可逆的,另一方面,由于Mn3+的Jahn-Teller效应导致晶格畸变,破坏了样品的结构,这是造成Li2MnSi O4样品的循环稳定性差以及容量衰减的主要原因。