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1、2013年第58卷第9期：783~792《中国科学》杂志社评述www.scichina.comcsb.scichina.comSCIENCECHINAPRESS锂离子电池硅酸盐正极材料的研究进展①②①①②*①①①②①②包丽颖,高伟,苏岳锋,王昭,李宁,陈实,吴锋①北京理工大学化工与环境学院,环境科学工程北京市重点实验室,北京100081;②国家高技术绿色材料发展中心,北京100081*联系人,E-mail:suyuefeng@bit.edu.cn2012-06-28收稿,2012-10-29接受国家重点基础研究发展计划(2009CB220100
2、)、国家自然科学基金(51102018,21103011)和国家高技术研究发展计划(2011AA11A235,SQ2010AA1123116001)资助摘要聚阴离子型正硅酸盐材料由于其具有较高的理论容量、高安全性、环境友好和价格关键词低廉等特点,被认为是下一代锂离子电池理想的正极材料之一.本文介绍了这种材料的结锂离子电池构及性能特点,并针对材料存在的电导率低、稳定性差、阳离子易混排等缺陷,从优化合成硅酸盐正极材料方法入手,综述了不同合成方法以及烧结温度对材料性能的影响,探讨了碳的包覆及复合、制备性能优化金属元素的掺杂以及特殊的介孔结构对材料物化
3、性能的影响,提出了锂离子电池硅酸盐正极材料未来的研究重点.+近些年来,一些学者发现聚阴离子型正硅酸盐刻,不易得到,通常理论容量按可逆脱嵌一个Li计[2]材料Li2MSiO4(M=Mn,Fe,Co)作为锂离子电池正算,为166mAh/g,电压平台为3.1V.Nyten等人极材料具有良好的电化学性能:强Si–O键使得材料采用传统固相法成功制得Li2FeSiO4正极材料,在具有优异的安全性,且理论上允许可逆嵌脱两个C/16条件下首次充电容量是165mAh/g(理论容量的+2+4+Li(M→M氧化还原对),因而具有更高的理论容99%),放电比容量约为1
4、30mAh/g.循环伏安图显示量,达到300mAh/g以上.突出的理论容量和优异的材料在第一次充放电后,结构变得更稳定,这归因于安全性能使其在大型锂离子动力蓄电池领域具有较材料从固溶体结构转变成长程有序的结构.循环[1~6]大的潜在应用价值.Li2CoSiO4的理论容量虽然高,数周后充电容量稳定在140mAh/g(理论容量的84%).但它第二个锂离子脱出的电压平台在5.0V左右[1],[3]Dominko等人采用Pechini溶胶凝胶法合成了不易实现,钴的毒性较大、资源有限、价格高等缺点Li2MSiO4(M=Mn,Fe).在充放电的过程中,也限
5、制这种材料的商业化,因此对Li2CoSiO4的研究Li2FeSiO4嵌脱锂时的结构只有微小的变化,相当于较少.Li2FeSiO4表现出很好的循环稳定性能,是完全可逆的两相变化,因此这种材料的循环性能Li2MnSiO4凭借其理论容量高,综合价格资源等优势比较好.Deng等人[4]提出LiFeSiO暴露于空气中会24而具有很好的发展前景.本文就Li2Mn/FeSiO4材料发生可逆的氧化现象,氧化的材料经过氩气高温煅近些年来的研究进展进行了综述,并归纳总结了提烧可以得到与最初样品类似的结构、表面形态和电化高材料电化学性能的方法.学性能.LiFeSiO
6、的电导率不高[5],常温下只有24−146×10S/cm,相当于绝缘体的范畴,导致Li2FeSiO41Li2Mn/FeSiO4材料正极材料在高倍率下电化学性能很差,这是目前面LiFeSiO材料中Fe3+氧化为Fe4+的条件非常苛[6]24临的主要问题.引用格式:包丽颖,高伟,苏岳锋,等.锂离子电池硅酸盐正极材料的研究进展.科学通报,2013,58:783–792英文版见:BaoLY,GaoW,SuYF,etal.Progressionofthesilicatecathodematerialsusedinlithiumionbatteries.C
7、hinSciBull,2013,58:575–584,doi:10.1007/s11434-012-5583-32013年3月第58卷第9期与Li2FeSiO4材料相比,Li2MnSiO4材料中Mn更连.锂离子占据着两个[SiMnO4]层之间的四面体位2+3+3+4+容易实现两电子交换(Mn/Mn和Mn/Mn),可逆置,在这样的结构中每一个LiO4四面体中有3个氧+脱嵌两个Li,理论比容量高达333mAh/g,更容易达原子处于同一层中,第四个氧原子属于相邻的层中.[3]到制备高比容量正极材料的目的.Dominko等人首LiO4四面体沿着a轴共点
8、相连,锂离子在其中完成嵌次通过改进溶胶凝胶法合成Li2MnSiO4正极材料,并入-脱出反应.Li2FeSiO4的结构与Li2MnSiO4非常相在60℃
