《Li2MnSiO4正極材料充放電極化機理與微結構調控研究》是依託上海電力大學，由賴春艷擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：Li2MnSiO4正極材料充放電極化機理與微結構調控研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：賴春艷
- 依託單位：上海電力大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
矽酸錳鋰因其穩定的Si-O鍵而具有良好的熱穩定性。在作為鋰離子電池正極材料時，具有安全性高、價格低廉、綠色環保、比容量高等優點，近年來迅速成為研究熱點。目前制約矽酸錳鋰正極材料套用的障礙主要是電子電導率低、充放電過程中可能存在結構不穩定以及充放電過程中的嚴重極化現象。本項目將重點研究矽酸錳鋰極化現象產生的機理及改善方法。分析認為，矽酸錳鋰的極化與離子擴散行為有重要關聯。將系統研究矽酸錳鋰微結構參數、離子間作用力、聚陰離子團等因素與離子擴散行為、極化之間的關聯。對矽酸錳鋰材料的晶體結構進行精細分析，利用電化學方法原位精確測試鋰離子在矽酸錳鋰材料中的擴散速率並計算擴散自由能，探索微結構對離子擴散、極化程度的影響；探索對矽酸錳鋰進行微結構調控來改善極化的方法：通過元素摻雜改變其晶格參數和陰離子極性，改變鋰離子擴散行為，達到降低矽酸錳鋰材料充放電過程中極化程度的目的。促進矽酸錳鋰材料的套用。
結題摘要
作為鋰離子電池正極材料，矽酸錳鋰因其穩定的Si-O鍵而具有良好的熱穩定性，同時還具有安全性高、價格低廉、綠色環保、比容量高等優點。但電子電導率低、充放電過程中可能存在結構不穩定以及嚴重極化現象阻礙了它的套用。研究發現：通過離子摻雜和導電物質複合可穩定其晶體結構、改善離子擴散環境和提升電導率、降低極化，有效提高其電化學性能。項目主要研究工作和結果包括： 1、通過溶膠凝膠法製備了Mo、V、Ni摻雜的Li2MnSiO4材料。分析結果表明，Mo、V、Ni元素均成功進入到Li2MnSiO4材料晶格中，三種元素摻雜的最佳比例均為6%。在0.05C下，純相Li2MnSiO4材料放電比容量為158mAh/g, Li2Mo0.06Mn0.94SiO4，Li2V0.06Mn0.94SiO4和Li2V0.06Ni0.94SiO4放電比容量分別達到207.3mAh/g，259.1mAh/g和222.9mAh/g。循環伏安結果表明：Mo、V、Ni摻雜後的Li2MnSiO4材料極化現象較純相材料低。從交流阻抗結果可以得到：純相Li2MnSiO4材料擴散係數為1.64×10-15cm2s-1，Li2Mo0.06Mn0.94SiO4，Li2V0.06Mn0.94SiO4和Li2V0.06Ni0.94SiO4材料離子擴散係數為4.65×10-14cm2s-1，2.97×10-13cm2s-1和4.84×10-15cm2s-1。 2、成功製備出正交晶系P、B摻雜矽酸錳鋰電極材料。結果表明，P、B元素摻雜的矽酸錳鋰材料晶型結構沒有改變。但摻雜後樣品顆粒更小、更均勻，且團聚現象減小。P、B元素摻雜的矽酸錳鋰材料的充放電比容量更高。從循環伏安結果可以得到：純相矽酸錳鋰樣品（3.01×10−11cm2 s−1），P、B元素摻雜的矽酸錳鋰材料鋰離子擴散係數分別為3.88×10−11cm2s−1、1.14×10-14cm2s-1。 3、以抗壞血酸(VC)、葡萄糖和蔗糖為有機碳源製備了Li2MnSiO4/C材料，合成了ITO複合的Li2MnSiO4材料。分析表明，碳複合、ITO複合並未對Li2MnSiO4材料晶型結構產生影響，但複合後的Li2MnSiO4材料均表現出比純相材料更高的放電比容量和更好的循環穩定性。
