Li2MnSiO4正極材料的熱合成動(dòng)力學(xué)及電化學(xué)性能研究.pdf

1、作為新型鋰離子電池正極材料，Li2MnSiO4具有理論容量高(333 mAh/g)、自然資源豐富、原材料價(jià)格低廉、無(wú)毒、對(duì)環(huán)境友好、安全性能高等優(yōu)點(diǎn)。但是，其本身電子電導(dǎo)率非常低，嚴(yán)重影響鋰離子在材料中的脫/嵌效率；而且在循環(huán)過(guò)程中材料晶構(gòu)的無(wú)定形化，導(dǎo)致Li2MnSiO4正極幾乎無(wú)電化學(xué)活性。針對(duì)上述問(wèn)題，本論文開(kāi)展研究如下：
　　 一、根據(jù)固相熱合成反應(yīng)的特點(diǎn)，優(yōu)化了Li2MnSiO4正極材料的合成工藝。
　　 利用

2、差熱-熱重分析(TG-DSC)結(jié)合紅外光譜(FTIR)技術(shù)，對(duì)Li2MnSiO4前驅(qū)體的熱分解過(guò)程進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：Li2MnSiO4前驅(qū)體在加熱升溫過(guò)程中的二個(gè)失重主要?dú)w因于原料的脫水和分解；在不同升溫速率條件下測(cè)得的差示掃描量熱曲線(xiàn)主要由5個(gè)吸熱峰組成，利用Doyle-Ozawa法和Kissinger法對(duì)前驅(qū)體分解失重階段中三個(gè)吸熱峰(>200℃)的反應(yīng)活化能計(jì)算結(jié)果分別為：384.12、120.63、263.43 kJ/mo

3、l和350.78、117.16、227.59 kJ/mol；二者吻合較好。此外，基于Kissinger法進(jìn)一步確定了相關(guān)反應(yīng)階段的反應(yīng)級(jí)數(shù)、頻率因子和動(dòng)力學(xué)速率方程。
　　 由上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出分步焙燒的優(yōu)化工藝：將直接升溫的合成工藝進(jìn)行了分步優(yōu)化，最終采用的高溫固相法合成工藝為：200℃(2h)→研磨、壓實(shí)→400℃(3h)→500℃(2h)→700℃(10h)。將優(yōu)化前后合成的Li2MnSiO4/C正極材料的物相、形貌、粒度

4、及電化學(xué)性能的對(duì)比結(jié)果顯示：分步焙燒工藝有利于制得純度高、顆粒小、均勻性好的目標(biāo)材料。
　　 二、Li2MnSiO4/C正極材料摻碳增容改性的研究。
　　 為改善低電導(dǎo)率Li2MnSiO4材料的電化學(xué)性能，以葡萄糖作為碳源，采用優(yōu)化的真空固相法制備了不同摻碳量的L2MnSiO4/C復(fù)合正極材料，并與未摻碳樣品進(jìn)行對(duì)比。利用X-射線(xiàn)衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、激光粒徑分析技術(shù)(LS)表征各個(gè)樣品的物相和形貌特