纳米硅酸盐@C锂离子电池电极材料制备及性能研究
本文选题:锂离子电池 + 负极材料 ; 参考:《兰州理工大学》2016年硕士论文
【摘要】:橄榄石结构的硅酸亚铁(Fe_2SiO_4)是一种发展潜力较大的负极材料,其原材料丰富,价格低廉。橄榄石结构的硅酸亚铁锂(Li2FeSiO4)是近几年研究热门的一种锂离子电池正极材料,具有较高的理论比容量(333 mAh/g)、成本低、结构稳定等优点。本论文通过高温固相法合成了Fe_(2-x)Al_xSiO_4@C(x=0,0.02,0.06)负极材料、Fe2±xSiO4@C(x=0,0.2,0.4)负极材料和Li2FeSiO4@C正极材料,考察不同的合成条件对材料的结构、形貌以及电化学性能的影响规律。采用三种不同的有机碳源(蔗糖、柠檬酸和柠檬酸铵),通过高温固相法制备三种碳负极材料,并对这三种碳负极材料的电化学性能进行了研究。研究结果表明:以柠檬酸铵为碳源制备的碳负极材料具有优异的电化学性能。确定了柠檬酸铵为包覆碳源后,在此基础上,采用固相法以纳米SiO2(30±5 nm)、FeC2O4·2H_2O、Al2O3和(NH4)3 C6H5O7为主要原料制备Fe_(2-x)Al_xSiO_4@C(x=0,0.02,0.06)负极材料。主要考察了掺铝量对Fe_(2-x)Al_xSiO_4@C负极材料的电化学性能影响。结果表明:未掺Al的Fe_2SiO_4@C负极材料具有较高的容量保持率、良好的倍率性能、优异的循环稳定性和最小的电荷转移电阻和Warburg电阻(Zw)。随着掺Al含量的渐渐增大(x的值增大),Fe_(2-x)Al_xSiO_4@C负极材料的容量保持率逐渐降低、不同倍率下的放电比容量逐渐减小,电荷转移电阻和Warburg电阻(Z w)逐渐增大。通过高温固相法制备不同铁含量的Fe2±xSiO4@C(x=0,0.2,0.4)的负极材料,分别从低铁含量(贫铁)和高铁含量(富铁)两个方面研究了铁含量对Fe2±xSiO4@C负极材料结构形貌以及电化学性能的影响规律。研究结果表明铁含量对Fe2±xSiO4@C负极材料的电化学性能影响较大。XRD分析表明富铁含量的Fe2.2SiO4@C和Fe2.4SiO4@C两个样品的XRD谱图中出现微弱的Fe杂质峰,低铁含量下Fe2-xSiO4@C材料的XRD谱图中没有发现明显的Fe杂质峰。SEM分析表明低铁含量样品Fe1.6SiO4@C的颗粒尺寸最大,而Fe_2SiO_4@C样品的颗粒尺寸最小且比较均匀。电化学性能测试表明Fe_2SiO_4@C样品具有良好循环性能,同时电荷转移电阻和Warburg电阻最小采用两种不同的铁源(FeC_20_4·2H_20和C_6H_50_7Fe·5H_2O),通过高温固相法均合成Li2FeSiO4@C锂离子电池正极材料。主要考察了两种铁源对Li2FeSiO4@C正极材料结构、形貌及电化学性能的影响。研究结果表明,铁源对Li2FeSiO4@C正极材料的结构和性能影响很大。XRD分析表明LFS-1样品具有较高的结晶度,LFS-1和LFS-2两个样品的XRD谱图均发现Fe3O4杂质峰,不同的是LFS-2样品中Fe3O4杂质峰含量较高。SEM分析得出LFS-2样品的纳米颗粒平均粒径较小。电化学性能测试表明LFS-2样品拥有良好的电化学性能。
[Abstract]:Fe2SiOS _ 4 of olivine structure is a kind of negative electrode material with great potential. Its raw material is abundant and its price is low. Olivine LiFeSiO4) is one of the most popular cathode materials for lithium-ion batteries in recent years. It has the advantages of high theoretical specific capacity of 333mAh / g / g, low cost and stable structure. In this paper, FeStue _ 2-xSiO _ 4C _ XSiO _ 4C _ XSiO _ (0. 02) O _ (0.06) anode materials and Li2FeSiO4@C cathode materials are synthesized by high temperature solid state method. The effects of different synthesis conditions on the structure, morphology and electrochemical properties of the materials are investigated. Three different organic carbon sources (sucrose, citric acid and ammonium citrate) were used to prepare three kinds of carbon anode materials by high temperature solid state method. The electrochemical properties of the three carbon anode materials were studied. The results show that the carbon anode material prepared with ammonium citrate as carbon source has excellent electrochemical performance. On the basis of the determination of ammonium citrate as a carbon source, FeSZ _ 2-Al _ xSiO _ (4) O _ (4) C _ (2) O _ (0.02) O _ (0.06)) negative electrode material was prepared by solid phase method using nano-sized SiO2(30 卤5 nm SiO2(30 _ 2O _ 4 2H _ 2O _ 3 Al _ 2O _ 3 and NH _ 4N _ 3 C6H5O7 as the main raw materials. The effect of aluminum content on the electrochemical properties of Fe_(2-x)Al_xSiO_4@C anode materials was investigated. The results show that the Fe_2SiO_4@C anode material without Al has high capacity retention, good rate performance, excellent cycle stability and minimum charge transfer resistance and Warburg resistance. With the increasing of Al content, the capacity retention rate of AlxSiO4C anode material decreases, the discharge specific capacity decreases, and the charge transfer resistance and Warburg resistance increase. The negative electrode materials with different iron content (Fe2 卤xSiO4C + xSiO4C) were prepared by high temperature solid state method. The effects of iron content on the structure and electrochemical properties of Fe2 卤xSiO4@C negative electrode materials were studied from the aspects of low iron content (poor iron content) and iron content (iron rich content). The results show that Fe content has a great influence on the electrochemical properties of Fe2 卤xSiO4@C anode materials. XRD analysis shows that there are weak Fe impurity peaks in the XRD spectra of Fe2.2SiO4@C and Fe2.4SiO4@C samples with rich Fe content. No obvious Fe impurity peak was found in the XRD spectra of Fe2-xSiO4@C materials with low iron content. The results showed that the particle size of Fe1.6SiO4@C samples with low Fe content was the largest, while the particle size of Fe_2SiO_4@C samples was the smallest and more uniform. The electrochemical performance test showed that the Fe_2SiO_4@C samples had good cycling performance. At the same time, the charge transfer resistance and the Warburg resistance were minimized by two different kinds of Tie Yuan, FeC204 2H_20 and C_6H_50_7Fe 5H _ 2O _ 2O. The cathode materials of Li2FeSiO4@C lithium ion battery were synthesized by high-temperature solid-phase method. The effects of two kinds of Tie Yuan on the structure, morphology and electrochemical properties of Li2FeSiO4@C cathode materials were investigated. The results show that Tie Yuan has a great influence on the structure and properties of Li2FeSiO4@C cathode materials. XRD analysis shows that the samples of LFS-1 have higher crystallinity and higher XRD spectra of LFS-1 and LFS-2. The Fe3O4 impurity peaks are found in the XRD spectra of both samples. The difference is that the content of Fe3O4 impurity peak in LFS-2 sample is higher. SEM analysis shows that the average particle size of LFS-2 sample is smaller. The electrochemical performance test showed that the LFS-2 sample had good electrochemical performance.
【学位授予单位】:兰州理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TB33;TM912
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,本文编号:1790471
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