锂离子电池活性材料硅酸亚铁锂的制备及性能研究

发布时间：2017-12-24 11:29

  本文关键词：锂离子电池活性材料硅酸亚铁锂的制备及性能研究　出处：《郑州大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：锂离子电池以其能量密度高、环境友好等优点已经被广泛的应用于便携式电子设备。其中,锂离子电池正极材料的容量较低是制约其比能量进一步提升的关键因素,因此高容量锂离子电池正极材料是目前的一个研究热点。近年来,Li2Fe Si O4因其价格低廉、环境友好、理论放电比容量高、循环稳定性好等优点引起了广泛的关注,然而该材料的导电率很低(仅为6×10-14S cm-1)。本论文采用不同形貌特征的二氧化硅作为硅源,构筑一系列不同形貌的硅酸亚铁锂与不同碳材料的复合材料,并对其制备过程及产物的电化学性能展开研究,主要内容包括以下三个方面:(1)以纳米Si O2为原料制备碳包覆的Li2Fe Si O4/C和Li2-xFe Si1-xPxO4/C。结果表明,Li2Fe Si O4/C材料在制备过中出现了Fe2O3杂质,在10 m A g-1的电流密度下首次放电比容量为164m Ah g-1。而通过磷酸二氢氨参与反应所制得的Li2-xFe Si1-xPxO4/C表现出了不同的结构和性能,其中,x=3%时,产物不含其他杂质相,且在相同的测试条件下首次放电比容量可达179m Ah g-1,超过一个锂离子脱嵌的容量,在前5周放电比容量的衰减量是首次放电比容量的8.9%,但此后基本保持稳定,第30周放电比容量为第六周放电容量的94.5%,表现出了良好的稳定性。并且,经过探究发现,在Li2-xFe Si1-xPxO4/C的合成过程中涉及到了一个自催化的过程,即NH4H2PO4在多种条件下可以逐步分解出H2,增强了体系的还原性,阻止了产物中三价铁杂质的生成。(2)成功制备了复合两种形式碳的Li1.97Fe Si0.97P0.03O4/C/G(G代表石墨烯)。考虑到材料的振实密度,降低了无定形碳(C)的含量,并探究了最佳的石墨烯加入方式和加入量。结果表明,以球磨方式加入硅酸亚铁锂理论质量8%的石墨烯得到的产物电化学性能最佳,在0.1C下首次放电容量可达150m Ah g-1,且倍率性能很好,而相同测试条件下不加石墨烯的材料首次放电比容量仅为68m Ah g-1。(3)以球形的中空二氧化硅为原料成功制备了具有中空结构的Li2Fe Si O4/C和Li2Fe Si O4/C/G,产物不含杂质,且几乎可以完全继承模版的大小和形状。复合石墨烯后的材料的倍率性能大大优异于没有复合石墨烯的材料。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912

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本文编号：1328213