【摘 要】
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正极材料是提高锂离子电池（LIBs）能量密度的关键因素。高容量和高电压的正极材料受到人们的广泛关注。近年来,聚阴离子型Li2MSiO4（M=Fe、Mn、Co、Ni）正极材料因具有高容量、高电
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正极材料是提高锂离子电池（LIBs）能量密度的关键因素。高容量和高电压的正极材料受到人们的广泛关注。近年来,聚阴离子型Li2MSiO4（M=Fe、Mn、Co、Ni）正极材料因具有高容量、高电压、优异的安全性、热稳定性、低成本和环境友好性等优点而受到欢迎。其中,Li2FeSiO4/C正极材料具有聚阴离子型材料的稳定结构,与Li Fe PO4正极材料一样拥有很好的循环稳定性。此外,它有两个锂离子的可逆脱嵌,具有较高的理论比容量(332 m Ah g-1)。然而,低的电子电导率和慢的锂离子扩散速率限制了其在锂离子电池中的广泛应用。碳包覆和离子掺杂可以有效的提高Li2FeSiO4/C正极材料的电化学性能。本论文在碳包覆改性的基础上,研究了离子掺杂对Li2FeSiO4/C复合材料物理和电化学性能的影响。主要的研究内容如下:（1）以酒石酸为碳源,采用溶胶-凝胶法制备Li2Fe1-xMnxSiO4/C（x=0,0.02,0.04,0.06）复合材料。XRD测试表明Mn掺杂的复合材料与Li2FeSiO4/C有相似的晶体结构。SEM,HRTEM和EDX结果表明,所有样品均保持类球形,并且随着锰含量增加,颗粒尺寸减小。电化学测试表明Li2Fe0.96Mn0.04SiO4/C有最小的极化现象,最高的放电比容量和最佳的倍率性能。在0.2C倍率下,经过150周循环后,放电容量仍然可以稳定在170 m Ah g-1。在0.1C、0.5C、1C、3C不同倍率下,放电容量分别为232.9、188.6、176.5和140.3 m Ah g-1。（2）在Mn掺杂含量为4%的基础上,研究Mn-Sn共掺杂对Li2FeSiO4/C复合材料电化学性能的影响。利用酒石酸辅助溶胶-凝胶法合成了Li2Fe0.96-xMn0.04SnxSiO4/C（x=0,0.005,0.01,0.02）复合材料。通过XRD、SEM、HRTEM、EDX、BET、Raman、FTIR、ICP和XPS等方法研究了Mn-Sn共掺杂对Li2FeSiO4/C复合材料化学组成,结构特征,形貌和元素分布的影响。结果表明,Mn-Sn共掺杂复合材料没有引起Li2FeSiO4物相结构发生改变,且保持了原始的类球形。电化学测试表明,Mn-Sn共掺杂的Li2Fe0.96-xMn0.04SnxSiO4/C复合材料在不同的倍率下放电容量均优异于未掺杂的Li2FeSiO4/C和单金属Mn掺杂的Li2Fe1-xMnxSiO4/C的复合材料。Li2Fe0.95Mn0.04Sn0.01SiO4/C复合材料的电化学性能最佳,在0.1、0.2、0.5、1和3C倍率下,放电容量分别高达327.3、283.1、256、220.4和168 m Ah g-1。
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