锂离子电池正极材料Li2Fe0.5Mn0.5SiO4／C的制备及电化学性能

锂离子电池正极材料Ｌｊ。Ｆｅ　Ｍｎ　ＳｉＯ４／ｃ的制备及电化学性能／胡传跃等　锂离子电池正极材料Ｌｉ２Ｆｅ０．５　Ｍｎｏ．５ＳｉＯ４／ｃ的制备及电化学性能　胡传跃，郭　军，文瑾，彭秧锡，陈　艳　（湖南人文科技学院化学与材料科学系，娄底４１７０００）　摘要　采用液相法合成了锂离子电池Ｉ　ｉ２Ｆｅ　ＭＩ１（¨ＳｉＣ）ｌ，　Ｃ正极材料，考察了热处理温度对Ｉ　Ｆｅ　ｊＭｎｏ。　Ｓｉ（）１　Ｃ电化学性能的影响，运用ＸＲＤ、ＳＥＭ、充放电测试方法和循环伏安法表征了Ｉ　ｉｚＦｅｃ¨Ｍｎｏ　５Ｓｉ（）　Ｃ的结构和电　化学性能。结果表明，合成的Ｉ　ｉ２Ｆｅ，Ｊ－１］Ｍｎｏ　５Ｓｉ（　／Ｃ晶胞为斜方晶胞结构，属于Ｐｍｎ２Ｉ空间群。其中７００℃焙烧７ｈ制　备的Ｉ　ｉｎＦｅ　Ｍｎ】＿［Ｓｉ（－）４　ｃ材料具有较好的电化学性能，首次可逆容量为２０６．２ｍＡｈ／　ｇ，库仑效率为９４．９　，循环２ｏ　次后的可逆容量为１４５．７ｍＡｈ／ｇ，Ｌｉ２Ｆｅｏ　５Ｍｎｏ　５ＳＩＣ）　Ｃ中Ｆｅ，。　，／Ｆｅ　和Ｍｎ　／Ｍｎ　。。电对的氧化峰电位比较接近，均　为４．５Ｖ（ＶＳ　Ｉ　ｉ／Ｉ　），３个还原峰峰电位分别为３．５Ｖ、２．９Ｖ和２．１Ｖ。　关键词　锂离子电池正极材料ＬｉｅＦｅ¨Ｍｎ０｜５Ｓｉ（）４／ｃ液相法　文献标识码：Ａ　中图分类号：ＴＭ９１２．９　Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　Ｌｉ２　Ｆｅ０ｓ　Ｍｎｏｓ　ＳｉＯ４／Ｃ　．．Ｃａｔｈｏｄｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　ｆｏｒ　Ｌｉｔｈｉｕｍ　Ｉｏｎ　Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ　ＨＵ　Ｃｈｕａｎｙｕｅ，ＧＵＯ　Ｊｕｎ，ＷＥＮ　Ｊｉｎ，ＰＥＮＧ　Ｙａｎｇｘｉ，ＣＨＥＮ　Ｙａｎ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｈｕｎａｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｈｕｍａｎｉｔｉｅｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉ．ｏｕｄｉ　４　１　７０００）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｆｈｅ　ｃａｔｈｏｄｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｌｉ２　Ｆｅ（）５　Ｍ　５　ＳｉＯ，Ｉ／ｃ　ｗａｓ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ．　ｌ＇ｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｃａｌｃｉｎａ—　ｔｉｏｎｓ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　Ｉ　Ｆ‰　Ｍｎ¨Ｓｉ（　／ｃ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｏ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　Ｌｉ２　Ｆ　５　Ｍｎｏ　ＳｉＣ）１／ｃ　ｗｅｒｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ　ｂｙ　ＸＲＤ，ＳＥＭ，ｃｈａｒｇｅ—ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｔｅｓｔｓ　ａｎｄ　ｃｙｃｌｉｃ　ｖｏｈａｍｍｏｇｒａｍ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ａｌｌ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｉＳ　ｏｒｔｈｏｒｈｏｍｂｉｃ　ｕｎｉｔ　ｅｅｌｌ（ｓｐａｃｅ　ｇｒｏｕｐ　Ｐｍｎ２Ｉ）．Ｔｈｅ　ＬＩ２　Ｆｅｏ　ｓ　Ｍｎｏ　ｊ　ＳｉＯ，ｔ／ｃ　ｓａｍｐｌｅ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ａｔ　７００￣Ｃ　ｆｏｒ　７ｈ　ｄｅｌｉｖｅｒｓ　ｇｏｏｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．　Ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　Ｌｉ２Ｆｅ０　ｊＭｎｏ　ｊＳｉＯ４／Ｃ　ｉｓ　２０６．２ｍＡｈ／ｇ，ｔｈｅ　Ｃｏｕｌｏｍｂ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｉｓ　９４．９　，ｔｈｅ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｉｓ　１４５．７ｍＡｈ／ｇ　ａｆｔｅｒ　２０　ｃｙｃｌｅｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．　Ｆｈｅ　Ｉ　ｉ２　Ｆｅ　ｊ　Ｍ　ｊ　ｓｉ（）ｄ／Ｃ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｅｘｈｉｂｉｔｓ　ａ　ｓｉｎｇｌｅ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｐｅａｋｓ　ａｔ　ａｂｏｕｔ　４．５Ｖ　ＶＳ　Ｌｉ／ｉ　．＿ａｎｄ　ｔｈｒｅｅ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｅａｋｓ　ａｔ　ａｂｏｕｔ　３．５Ｖ，２．９Ｖａｎｄ　２．１Ｖ　ＶＳ　ＩＪｉ／Ｉ．ｉ　．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｉ』ｉ＿ｉｏｎ　ｂａｔｔｅｒｙ，ｃａｔｈｏｄｅ　ｍａｔｅｒｉａ１，Ｌｉ２Ｆｅ｛）ＩＭｎ０　ＳｉＯ１／Ｃ，ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　锂离子电池是一种先进储能体系，主要采用Ｉ　ｉＣｏＯ。、　ＬｉＮｉＯ。和ＬｉＭｎ　（）１等过渡金属氧化物作为正极材料［】　］。　ｍＡｈ／ｇ，是由于Ｆｅ　／Ｆｅ　电对是单电子氧化还原反应　”　。　Ｊａｍｎｉｋ等报道Ｌｉ　ＭｎＳｉ（）　材料在首次循环中能可逆交换　０．６个锂离子，但循环稳定性能很差　。一，然而掺杂Ｆｅ　一能够　然而，过渡金属氧化物正极材料的毒性、安全性和高成本等　缺陷抑制了它们在动力型锂离子电池领域中的应用。因此，　稳定Ｌｉ　ＭｎＳｉ　材料的初始结构，改善循环稳定性，如制备　ｌ　ｉ２Ｍｎ　Ｆｅ］　ＳｉＯ４材料　，特别是合成的Ｌｉ２Ｍｎ　Ｆｅ”　Ｓｉ（）　具有较好的电化学性能＿１　。本实验以Ｉ　ｉＡｃ・２Ｈ　（）、Ｍｎ一　（Ａｃ）２・４Ｈ２Ｏ、ＦｅＣ２Ｏ　・２Ｈ２（）和Ｓｉ（（）Ｃ２Ｈ５）　为原料，在水　多年来人们一直研究过渡金属氧化物正极材料的替代材料，　近几年来，高电压的多氧阴离子正极材料如Ｉ　ｉＭＰ（）　引起了　人们的极大关注　一　，多氧阴离子正极材料的安全性能比过　渡金属氧化物好，主要是过渡金属氧化物在电池中会成为有　机溶剂电解液的氧化剂　。Ｉ　Ｍｓｉ（）　多氧阴离子材料的理　论容量高，当Ｍ为Ｍｎ、Ｃｏ和Ｎｉ时，理论容量分别可达　３３３ｍＡｈ／ｇ、３２５ｍＡｈ／ｇ和３２５．５ｍＡｈ／ｇｌ８一，比Ｉ　ｉＣｏＯ２的理论　乙醇体系进行液相反应，结合热处理丁艺，合成＿ｒ具有较好　的电化学性能的Ｌｉ　Ｆｅ　Ｍｎ　ｓｉ（）　／ｃ材料。　１　实验　按计量比称取ＬｉＡｃ・２Ｈ　Ｏ和Ｍｎ（Ａｃ）　・４Ｈ　（），以无　水乙醇作为分散剂，在搅拌下６０￣Ｃ反应２ｈ后，，ｈｎＡ一定量的　（Ｃ。Ｈ　）　ＳｉＯ　于上述溶液中，再加入一定量的ＦｅＣ　（）　・　２Ｈ　（），抽真空后搅拌回流反应２４ｈ，生成硅的羟基化合物，然　容量２７４ｍＡｈ／ｇ高。而ｌＡＭＰ（），１正极材料的理论容量仅为　ｌ７０ｍＡｈ／ｇ，主要是由于只能发生单电子转移反应。　Ｎｙｔｅｎ等首次报道了Ｉ　ｉ　ＦｅＳｉＯ　材料在Ｃ／１６倍率时首　次可逆容量为１３０ｍＡｈ／ｇ，Ｉ　ｉ　ＦｅＳｉＯ　材料理论容量为１６６　＊湖南省教育厅资助科研项目（１０Ｂ０５４）；湖南省科技计划项目（２０１１ＦＪ３１６０；２０１１ＧＫ２００２）；湖南省自然科学基金（ｏ７ＪＪ６Ｏ８２）　胡传跃：男，１９７２年，博士后，副教授Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｕｃｈｕａｎｙｕｅ＠ｖｉｐ．ｓｉｎａ．ＣＯｉＴＩ