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聚阴离子型正极材料LiFePO_4/C、Li_2FeSiO_4/C的制备及电化学性能研究

【摘要】: 聚阴离子型正极材料LiFePO_4因其价格低廉、环境友好、比容量高、循环性能好、安全性好等一系列优点,被认为是最具潜力的下一代锂离子电池正极材料。目前,聚阴离子型的Li_2FeSiO_4也被开发作为新一类锂离子电池正极材料,Li_2FeSiO_4拥有与LiFePO_4相似的晶体结构、化学和热稳定性。此外,由于原料更加丰富、价格更低、对环境污染更小,Li_2FeSiO_4作为正极材料比LiFePO_4更具有吸引力。 本文采用溶胶-凝胶法、固相法分别制备了LiFePO_4/C和Li_2FeSiO_4/C正极材料,采用XRD、SEM、恒流充放电、EIS、CV研究了煅烧温度、煅烧时间、碳源、碳含量对材料的形貌和电化学性能的影响。 首次以甘氨酸为络合剂采用溶胶-凝胶法制备了LiFePO_4/C正极材料,考察了煅烧温度,煅烧时间,碳源,碳含量对材料形貌及电化学性能的影响。结果表明,颗粒粒径随煅烧温度升高及热处理时间增加而增大,但随碳源含量增加而减小。以蔗糖为碳源(10 wt%),在700oC煅烧12 h制备的材料具有最佳的电化学性能,以0.1 C倍率放电,其放电比容量为162 mAh g~(-1),循环20次后,其比容量保持为158 mAh g~(-1)。 采用改进的固相法制备了LiFePO_4/C,考察了煅烧温度,煅烧时间,碳源,碳含量对材料的形貌及电化学性能的影响。结果表明,以蔗糖为碳源(10 wt%),在750oC煅烧14 h制备的材料具有最佳的电化学性能,分别以0.1、0.2、0.5、1、2、5 C倍率放电,其放电容量分别为155、145、139、132、120、85 mAh g~(-1)。 采用溶胶-凝胶法制备了Li_2FeSiO_4/C正极材料,考察了煅烧温度,煅烧时间,碳含量对材料的物理性质及电化学性能的影响。结果表明,在650oC煅烧12 h制备的Li_2FeSiO_4/C材料具有最佳的电化学性能,以1/16 C倍率放电,首次放电比容量为150 mAh g~(-1),循环20次后,其放电容量保持率为97%。

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