納米硅酸鹽@C鋰離子電池電極材料制備及性能研究.pdf

1、橄欖石結(jié)構(gòu)的硅酸亞鐵(Fe2SiO4)是一種發(fā)展?jié)摿^大的負(fù)極材料，其原材料豐富，價格低廉。橄欖石結(jié)構(gòu)的硅酸亞鐵鋰（Li2FeSiO4）是近幾年研究熱門的一種鋰離子電池正極材料，具有較高的理論比容量（333 mAh/g）、成本低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。本論文通過高溫固相法合成了Fe2-xAlxSiO4@C(x=0,0.02,0.06)負(fù)極材料、Fe2±xSiO4@C(x=0,0.2,0.4)負(fù)極材料和Li2FeSiO4@C正極材料，考察不同的

2、合成條件對材料的結(jié)構(gòu)、形貌以及電化學(xué)性能的影響規(guī)律。
　　采用三種不同的有機(jī)碳源（蔗糖、檸檬酸和檸檬酸銨），通過高溫固相法制備三種碳負(fù)極材料，并對這三種碳負(fù)極材料的電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明：以檸檬酸銨為碳源制備的碳負(fù)極材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。確定了檸檬酸銨為包覆碳源后，在此基礎(chǔ)上，采用固相法以納米SiO2(30±5 nm)、FeC2O4·2H2O、Al2O3和(NH4)3C6H5O7為主要原料制備 Fe2-xAlxSi

3、O4@C(x=0,0.02,0.06)負(fù)極材料。主要考察了摻鋁量對Fe2-xAlxSiO4@C負(fù)極材料的電化學(xué)性能影響。結(jié)果表明：未摻Al的Fe2SiO4@C負(fù)極材料具有較高的容量保持率、良好的倍率性能、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和最小的電荷轉(zhuǎn)移電阻和Warburg電阻(Zw)。隨著摻Al含量的漸漸增大（x的值增大），F(xiàn)e2-xAlxSiO4@C負(fù)極材料的容量保持率逐漸降低、不同倍率下的放電比容量逐漸減小，電荷轉(zhuǎn)移電阻和Warburg電阻(Zw)

4、逐漸增大。
　　通過高溫固相法制備不同鐵含量的Fe2±xSiO4@C(x=0,0.2,0.4)的負(fù)極材料，分別從低鐵含量（貧鐵）和高鐵含量（富鐵）兩個方面研究了鐵含量對Fe2±xSiO4@C負(fù)極材料結(jié)構(gòu)形貌以及電化學(xué)性能的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明鐵含量對Fe2±xSiO4@C負(fù)極材料的電化學(xué)性能影響較大。XRD分析表明富鐵含量的Fe2.2SiO4@C和Fe2.4SiO4@C兩個樣品的XRD譜圖中出現(xiàn)微弱的Fe雜質(zhì)峰，低鐵含量下Fe2

5、-xSiO4@C材料的XRD譜圖中沒有發(fā)現(xiàn)明顯的Fe雜質(zhì)峰。SEM分析表明低鐵含量樣品Fe1.6SiO4@C的顆粒尺寸最大，而Fe2SiO4@C樣品的顆粒尺寸最小且比較均勻。電化學(xué)性能測試表明Fe2SiO4@C樣品具有良好循環(huán)性能，同時電荷轉(zhuǎn)移電阻和Warburg電阻最小。
　　采用兩種不同的鐵源（FeC2O4·2H2O和C6H5O7Fe·5H2O），通過高溫固相法均合成Li2FeSiO4@C鋰離子電池正極材料。主要考察了兩種鐵源