锂离子电池聚阴离子正极材料li2mnsio4_c的制备及改性研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目锂离子电池聚阴离子正极材料Li2MnSiO4/C的制备及改性研究学科专业材料科学与工程学号201521037013作者姓名刘珊珊指导教师刘兴泉教授分类号密级注1UDC学位论文锂离子电池聚阴离子正极材料Li2MnSiO4/C的制备及改性研究（题名和副题名）刘珊珊（作者姓名）指导教师刘兴泉教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业材料科学与工程提交论文日期2018.4论文答辩日期2018.5学位授

2、予单位和日期电子科技大学2018年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。ResearchonSynthesisandModificationofPolyanionLi2MnSiO4/CCathodeMaterialsforLithiumIonBatteriesAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMaterialScienceandEngineeringDiscipline:LiuShanshanAuthor:Prof.LiuXingq

3、uanSupervisor:SchoolofMaterialsandEnergySchool:摘要摘要聚阴离子型正极材料Li2MnSiO4因具有理论容量高、成本低廉且环保等优点，具有很好的发展和应用前景。然而该材料存在合成困难、循环稳定性差以及电子导电性差等问题，限制了其发展。本论文主要针对这些不足，从合成工艺、体相掺杂和表面包覆三个方面，对Li2MnSiO4正极材料进行系统的研究。并采用了TG、XRD、SEM、EDS、XPS、EIS、CV等多种测试手段对不同条件下制备的Li2MnSiO4/C正极材料的晶体结构、形貌和电化学性能进行了表征与分析。研究的主要内容包括：1.

4、采用溶胶凝胶法合成了Li2MnSiO4/C正极材料，考察了烧结温度、烧结时间以及柠檬酸与乙酸锰的摩尔比这三个因素对其性能的影响。通过分析对比，确定了Li2MnSiO4/C材料的最优制备条件为：在Ar气氛围中，700℃烧结10h，柠檬酸与乙酸锰的摩尔比值为0.8。在0.1C倍率下，以该条件合成的样品具有152.9mAh/g的首次放电比容量，在20次循环后其放电比容量为64.9mAh/g，容量保持率为42.4%。2.为了提高溶胶凝胶法合成的Li2MnSiO4/C正极材料的电化学性能，对材料的Mn位分别进行Mg2+、Ni2+、V5+离子掺杂改性，并研究了不同掺杂量对材料的影响

5、。实验结果表明：适量的Mg2+、Ni2+、V5+离子掺杂并不会改变Li2MnSiO4/C的晶体结构，而且还能够稳定材料结构和减小颗粒的粒径，从而优化了材料的性能。对于Mg2+掺杂，Li2Mn0.99Mg0.01SiO4/C样品表现出了最佳性能，在0.1C倍率下，该材料的首次放电比容量为181.8mAh/g，循环20周后材料的放电比容量仍为89.1mAh/g，容量保持率为49%。Ni2+掺杂可以显著的提高材料的放电比容量，同时改善了材料的循环和倍率性能，Li2Mn0.97Ni0.03SiO4/C材料的首次放电比容量高达200.1mAh/g，循环20周后材料的放电比容量为1

6、13.7mAh/g，容量保持率为56.8%；当充放电倍率为1C时，材料的放电比容量仍可以达到88.3mAh/g。V5+掺杂主要可以提高材料的循环性能，Li2Mn0.95V0.05SiO4/C样品表现出了最佳性能，在0.1C倍率下，该材料的首次放电比容量为154.9mAh/g，循环20周后材料的放电比容量仍为100.4mAh/g，容量保持率达到64.8%。经过这三种元素掺杂改性后的样品，其电化学性能均显著优于未掺杂样品的电化学性能。3.对溶胶凝胶法合成的Li2MnSiO4/C正极材料进行表面包覆改性，分别以蔗糖、乙二醇和石墨烯为碳源，同时考察了不同碳源以及碳包覆量对材料的

7、影响。实验结果表明：蔗糖的最佳添加量为2wt.%，在0.1C倍率下，该材料的放电比容量为185.4mAh/g，20周后材料的放电比容量仍为89.3mAh/g,容量保持率为48.2%；I摘要乙二醇的最佳添加量为3wt.%，在0.1C倍率下，材料的首次放电比容量能达186.2mAh/g，循环20次后放电比容量仍有101.4mAh/g，容量保持率为54.5%；石墨烯的最优添加量为3wt.%，0.1C下，该材料具有174.6mAh/g的首次放电比容量，20个循环后保持在101.3mAh/g，容量保持率达58%。经包覆后改性后，样品的电化学性能较未