正极材料研究报告进展Li2MSiO4系列正极材料研究报告进展
正极材料研究报告
正极材料研究报告随着电动汽车的普及，电池材料的研究和开发成为了人们关注的焦点。
其中，正极材料作为电池中最重要的组成部分之一，其性能的提高对于电池的整体性能有着至关重要的影响。
本文将针对正极材料的研究现状、进展和未来发展方向进行综述。
一、正极材料的种类目前，常见的正极材料主要包括锂钴酸锂、锂镍钴铝酸锂、锂铁磷酸锂和锂钛酸锂等。
其中，锂钴酸锂作为第一代正极材料，具有高能量密度和较好的循环寿命，但由于其价格昂贵、安全性较差等缺点，逐渐被第二代正极材料所替代。
锂镍钴铝酸锂作为第二代正极材料，具有高能量密度、高安全性和较长的寿命，已成为电动汽车和储能系统中应用广泛的正极材料。
锂铁磷酸锂作为第三代正极材料，具有高安全性、长循环寿命和良好的低温性能等优点，但能量密度相对较低。
锂钛酸锂则是一种新型的正极材料，具有高安全性、长循环寿命和良好的低温性能等优点，但能量密度相对较低。
二、正极材料的研究进展1.锂钴酸锂的改进锂钴酸锂作为第一代正极材料，其价格昂贵、安全性较差等缺点，限制了其在电池中的应用。
近年来，科研人员通过掺杂、表面涂层等方法对锂钴酸锂进行改进，以提高其安全性和循环寿命。
例如，通过掺杂Mn、Fe等元素，可以提高锂钴酸锂的循环寿命和安全性，同时降低其成本。
通过表面涂层等方法，可以减少锂钴酸锂的氧化和结构变化，提高其循环寿命和安全性。
2.锂镍钴铝酸锂的改进锂镍钴铝酸锂作为第二代正极材料，其能量密度和循环寿命相对较高，但其存在容量衰减、内阻增加等问题。
近年来，科研人员通过掺杂、表面涂层等方法对锂镍钴铝酸锂进行改进，以提高其性能。
例如，通过掺杂Mg、Zn、Cu等元素，可以提高锂镍钴铝酸锂的循环寿命和容量保持率。
通过表面涂层等方法，可以减少锂镍钴铝酸锂的内阻增加和结构变化，提高其循环寿命和容量保持率。
3.锂铁磷酸锂的研究进展锂铁磷酸锂作为第三代正极材料，其安全性和循环寿命等优点备受关注。
近年来，科研人员通过掺杂、表面涂层等方法对锂铁磷酸锂进行改进，以提高其能量密度和循环寿命。
由固相反应制得的Li2MnSiO4
由固相反应制得的Li2MnSiO4/C正极材料的合成、表征及其电化学性能摘要Li2MnSiO4/C正极材料是以Li2SiO3和Mn(CH3COO)2·4H2O为原材料，并以蔗糖做为碳源，通过传统的固相反应制备的。
原料经行星式球磨机球磨并混合均匀，在氩气气氛下进行热处理——在800℃下保持12h。
热处理过程可以通过TG和DSC分析可以估算出来。
制备出来的粉末经XRD分析可以得出是由大部分的Li2MnSiO4/C少量的杂质组成。
FESEM（扫描电子显微分析）显示这种方法制备的Li2MnSiO4/C具有更小的颗粒尺寸（大约30~80nm），这就在动力学上更有利于Li的插入与拔出。
这种通过固相反应制得的Li2MnSiO4/C电极材料的初始电容量为256 mAh/g（大约为单位化学式中提取1.5个Li+），也相当于单位化学式中有0.77个Li+在首次循环中以C/16的速度被可逆的转变。
关键词：硅酸锰锂正极材料固相反应电化学性能1、简介LiFePO4做为一种有潜力的锂离子电池正极材料，由于它的低成本，良好的环境兼容性以及较长的循环寿命而已经被广泛研究。
然而LiFePO4的理论极限容量只有170mAh/g。
再次情况下，硅酸盐系列Li2MSiO4得到了人们的关注，至少在理论上，Li2MSiO4 (M= Fe, Mn, Co, Ni)在一次循环中，单位化学式中含有两个锂离子可供提取，因而其理论容量高达320 mAh/g。
在这一系列的材料中，Li2FeSiO4做为一种优质的备选正极材料，其合成和正极性能首次由Nyten et al 在2005年报导[1]。
随后，Dominko [2-4]报导了由改进的Pechini sol–gel方法制备出来的Li2FeSiO4的电化学性能。
Yang和他的同事通过一种方法合成了Li2Mn x F e1−x SiO4的固溶物，并且得出，当x=0.5时其电学性能最好。
目前的研究工作中，Li2MnSiO4/C正极材料主要是通过传统的固相反应来制备的，它的形态结构和电学性能都是经过了测试。
锂离子电池正极材料研究进展
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载锂离子电池正极材料研究进展地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容锂离子电池正极材料研究进展前言由于提高负极材料对锂离子的嵌入和脱出能力是目前提高锂离子电池容量的主要途径，因此对负极材料尤其是碳材料的研究备受关注，相关的研究正如火如荼地进行着。
但是，只有正极材料和负极材料相互匹配，才能使电池容量得到真正的提高，因此对于正极材料的研究也是方兴未艾。
目前研究主要集中在锂钴氧化物，锂镍氧化物和锂锰氧化物。
此外，纳米电极材料，共混电极及其他一些新材料电极也值得关注。
锂钴氧化物作为锂离子电池正极材料的锂钴氧化物具有电压高，放电平稳，适合大电流放电，比能量高，循环性好的优点。
其二维层状结构属于α-NaFeO2型，适合锂离子嵌入和脱出。
其理论容量为274mAh／g，实际容量约为140mAh／g。
由于其具有生产工艺简单和电化学性质稳定等优势，所以率先占领市场。
其合成方法主要有高温固相合成法和低温固相合成法。
高温固相合成法以Li2CO3和CoCO3为原料，按Li/Co的摩尔比为1∶1配制，在700℃～900℃下，空气氛围中灼烧而成。
也有采用复合成型反应生成LiCoO2前体［1］，在350℃～450℃下进行预热处理，再在空气中于700℃～850℃下加热。
在合成之前的预处理工艺［2］能使晶体的生长更为完美，从而获得具有高结晶度层状结构的LiCoO2，提高了电池的循环寿命，其实际容量可达150mAh／g。
低温固相合成法是将混合好的Li2CO3和CoCO3在空气中匀速升温至400℃，保温数日，以生成单相产物。
此法合成的LiCoO2具有较为理想的层状中间体和尖晶石型中间体结构。
锂离子电池正极材料Li2MnSiO4的合成和电化学性能研究
锂离子电池正极材料Li2MnSiO4的合成和电化学性能研究锂离子电池正极材料Li2MnSiO4的合成和电化学性能研究锂离子电池（Li-ion batteries）作为目前最为普遍使用的二次电池，得到了广泛应用。
其中，正极材料的选择对电池性能起着至关重要的作用。
相比于传统的正极材料，锂离子电池正极材料Li2MnSiO4（LMS）因其高能量密度、良好的循环稳定性和较低的成本而备受关注。
本文旨在研究LMS材料的合成方法和电化学性能，以期为锂离子电池的发展提供参考和借鉴。
首先，我们将介绍LMS材料的合成方法。
目前，合成LMS主要采用固相法和溶液法两种方法。
固相法通过高温固相反应将Li2CO3、MnCO3和SiO2进行混合，然后在高温下进行煅烧得到LMS。
溶液法则通过将相应的金属盐溶液混合，并在适当的温度下进行沉淀反应得到LMS。
所述方法各有优劣，但无论采用哪种方法，都需要经过严格的反应条件和多步的合成过程。
接下来，我们将重点讨论LMS材料的电化学性能。
LMS具有高的实际放电容量和很好的倍率性能。
实验结果表明，LMS材料在正常温度下的初始放电容量能够达到200-300mAh/g，且在高倍率5C的放电条件下依然保持较高的容量。
其内部锂离子的扩散和迁移速度较快，有助于提高电池的放电性能。
此外，LMS材料在较长循环寿命测试中也展现出较好的稳定性和循环性能。
然而，LMS材料也存在着一些问题，如容量衰减和电荷传输阻抗增加，这些问题需要进一步的研究和改进。
进一步分析LMS材料的原因可以发现，一方面是由于材料具有较大的体积变化，在充放电过程中会导致电池内部的机械变形和电解液的破裂；另一方面是由于LMS具有较低的电导率，导致电荷传输的困难。
为了解决这些问题，研究者们进行了进一步的优化。
例如，通过合成不同形貌的LMS颗粒（如纳米颗粒、多孔颗粒等），可以增加材料表面积，提高电解液中锂离子的扩散速率，从而提高电池的容量和循环性能。
锂离子电池正极材料研究进展
锂离子电池正极材料研究进展锂离子电池是目前广泛应用于移动电子设备和电动车辆等领域的重要能量存储设备，其正极材料的性能对电池的性能和循环寿命有着至关重要的影响。
近年来，针对锂离子电池正极材料的研究逐渐受到了广泛关注。
在这篇文章中，将介绍一些最新的研究进展。
首先，锂离子电池正极材料的研究主要集中在提高材料的能量密度和循环寿命。
目前市面上常见的锂离子电池正极材料是钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）和锂铁磷酸锂（LiFePO4）。
然而，这些材料在使用过程中存在着一些问题，比如钴酸锂存在着资源稀缺和价格昂贵的问题，锰酸锂的电化学性能相对较差，锂铁磷酸锂的能量密度较低等。
因此，研究人员开始寻找替代材料。
一种备受关注的材料是含有镍的过渡金属氧化物，比如锂镍钴锰氧化物（Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2）。
这种材料具有较高的能量密度和较长的循环寿命。
另外，研究人员还探索了硅和硫等材料作为锂离子电池正极材料的替代品。
其次，锂离子电池正极材料的微观结构调控也成为一个研究热点。
通过控制正极材料的粒径、纳米结构和晶体结构等参数，可以调节材料的电化学性能。
比如，一些研究表明，通过控制锂离子电池正极材料的晶体结构，可以实现更高的能量密度和更好的循环稳定性。
此外，锂离子电池正极材料的表面改性也引起了广泛关注。
通过在正极材料的表面形成一层保护膜，可以提高材料的循环稳定性和抗固相界面反应能力。
一些研究表明，通过硅、氟等元素的表面覆盖，可以显著改善正极材料的循环性能和容量保持率。
总体来说，锂离子电池正极材料的研究进展主要包括寻找新的材料、微观结构调控和表面改性。
通过这些研究，可以不断提高锂离子电池的能量密度和循环寿命，进一步推动锂离子电池在移动电子设备和电动车辆等领域的广泛应用。
随着移动电子设备和电动车辆市场的不断扩大，对锂离子电池正极材料的需求也越来越迫切。
因此，研究人员在锂离子电池正极材料的改进和创新上投入了大量的精力。
Li2MnSiO4正极材料的热合成动力学及电化学性能研究的开题报告
Li2MnSiO4正极材料的热合成动力学及电化学性能研究的开题报告一、研究背景随着气候变化和环境污染的不断加剧，可再生能源领域得到了越来越多的关注和重视。
锂离子电池作为占据电动汽车、电子设备等市场主流的电池类型，其电化学性能的提升同样备受关注。
正极材料作为锂离子电池的重要组成部分之一，其性能对电池的整体性能起着决定性作用。
Li2MnSiO4作为一种新型锂离子电池正极材料，具有较高的理论比容量和优良的电化学性能，是近年来广受研究的热点之一。
二、研究目的本课题旨在对Li2MnSiO4正极材料的热合成动力学及电化学性能进行研究，主要包括以下几个方面：1. 探究Li2MnSiO4的热合成机制及动力学过程。
2. 优化Li2MnSiO4的热合成工艺，提高材料的晶粒度和电化学性能。
3. 系统地研究Li2MnSiO4正极材料的电化学性能，如循环性能、倍率性能、容量衰减等，为其应用于锂离子电池提供实验基础和理论指导。
三、研究内容1. 合成Li2MnSiO4正极材料，通过XRD、SEM和TEM等手段对材料的晶体结构、形貌和微观结构进行表征。
2. 利用热失重（TG）和差热分析（DSC）方法探究Li2MnSiO4的热合成过程，建立其热合成动力学模型，优化热合成条件。
3. 运用充放电系统和电化学测试仪器等手段对Li2MnSiO4正极材料的电化学性能进行评价，研究其循环稳定性、倍率性能和容量衰减等特性，并探究其中的机理。
四、研究意义1. 对Li2MnSiO4正极材料的热合成体系进行系统研究，可以为其应用于锂离子电池提供前提和基础。
2. 优化合成工艺，提高材料的晶粒度和电化学性能，可以对锂离子电池的性能提升和应用培育起重要作用。
3. 探究电化学特性及其机制，可以为材料的后续改性和优化提供理论指导和实验依据。
锂离子电池正极材料研究取得进展
锂离子电池正极材料研究取得进展记者24 日从中国科学院网站获悉，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室高性能陶瓷材料研究部王晓辉课题组在前期研究基础上，通过创造极度缺水的酸性合成环境，在国际上首次制备出12 nm 厚的[100]取向LiFePO4 超薄纳米片。
该工作为今后进一步提高锂离子电池倍率性能提供新的方法和视角。
电压回滞实验结果显示由该材料构成的电极具有迄今为止最小的电压间隙，恒电位间隙滴定测试结果说明此电极具有高的活化率和转化率，这些结果表明由[100]取向LiFePO4 超薄纳米片构成的电极具有高的活化粒子数比例。
因而，该电极具有优异的倍率性能和循环寿命。
在10C(60 分钟/10 = 6 分钟)充放电倍率下，循环1000 次后能保持初始容量的90%。
在20 C 充放电倍率下，容量仍可达到理论容量的72%。
该工作为今后进一步提高锂离子电池倍率性能提供新的方法和视角，即不仅可以通过减小[010]方向的尺度来缩短锂离子的扩散距离，同时还可以通过调控[100]方向的尺寸来提高锂离子电池的活化粒子数比例来提高锂离子电池倍率性能。
锂离子电池是当今社会移动电子设备的必要电源，由正极、负极、隔膜、电解液等组成，其关键性能指标(如倍率性能和循环寿命)由正极材料的电化学性能决定。
LiFePO4 是公认的正极材料，为提高其电化学性能，人们长期致力于缩短锂离子的扩散距离，即减小[010]方向的尺寸。
最近的研究表明，电极由大量粒子组成，其电化学性能主要依赖于充放电过程中同时参与电化学反应的粒子(活化粒子)占总粒子数的比例。
因此，如何获得具有高活化粒子数比例的LiFePO4 是正极材料研究的关键问题。
产业投资内参。
正极材料Li2MSiO4(M=Fe、Mn)的研究进展
（ ． ｃｏｌｆＭａｅｉｌ Ｓｉ ｃ ａ ｄＥ ｇｎｅｉｇ， ｎｖｒｉ ｃ ｎｅ ｎ ｅ ｎｌ ｙＢ ｒ ｎ ， ｅ ｉ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ １ Ｓｈｏ ｏ ｔｒ ｓ ｃ ｎｅ ｎ ｎ ｉｅ ｎ Ｕ ｉｅ ｔ ｏ Ｓ ｉ ｃ ｄ Ｔｃ ｏ ｇ ｅ ｉｇ Ｂ ｑｎ １０ ８ ， ｈｎ ； ａ ｅ ｒ ｓｙｆ ｅ ａ ｈ ｏ ｇ ２ Ｂ ｒｎ ｅ ａ ｅ ｎｒｙＭａｅｉｌ ａ ｄＴｃｎ ｌ ， ｅ ｉｇ １０ ８ ， ｈｎ ） ． ｅ ｉｇＫ ｙＬｂｏ Ｎ ｗ Ｅ ｅｇ ｔ ａ ｎ ｅｈ ｏ ｇ Ｂ Ｑｎ ００ ３ Ｃ ｉａ ｆ ｒ ｓ ｏ ｙ
到人们 的广泛关 注［ 】 。这是 因为 Ｌ２ ｉ ｉ Ｏ 正极 材料具 有 ＭＳ 以下优 点 ： １ｍｏ Ｌ２ ＳＯ 分子含有 ２ ｍ ｌ ｉ ① ｌｉ Ｍｎ ｉ ｏ 原子 ， Ｌ 理论 比容 量高达 ３ ３ｍ ｈ ｇ ②放 电电压较 高 ； ３ Ａ ／ ［ ； ③价格 低廉 ， 对
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锂离子电池正极材料的研究进展
锂离子电池正极材料的研究进展随着现代社会科学技术的不断发展，电池作为能量存储和转化的一种形式，已经成为了我们日常生活中必不可少的一部分。
其中，锂离子电池由于其重量轻、体积小、储能量大以及循环寿命长等优点，成为了当前最常用的电池类型之一。
而锂离子电池的核心组成部分便是正极材料，其性能的优劣直接决定了电池的性能。
因此，正极材料的研究一直是锂离子电池领域的重要研究课题。
本文将对锂离子电池正极材料的研究进展进行综述。
一、锂离子电池正极材料的种类及其优缺点在锂离子电池的正极材料中，最常见的是锂钴氧化物（LiCoO2）、锂镍钴铝氧化物（NCA）、锂铁磷酸（LiFePO4）、锂锰氧化物（LiMn2O4）和三元材料LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2（NCM）等。
这些材料具有不同的结构，性能和成本等特点，它们的使用也会受到电池的应用领域和终端设备的要求等多种因素的影响。
其中，锂钴氧化物作为第一代正极材料，具有高的储能量和较高的系统电压，但其价格昂贵，含有的钴元素资源匮乏，同时热稳定性和安全性能也有所欠缺；NCA具有高能量密度、长寿命和优异的功率性能，并且所含有的材料成分也比较丰富，但其制备成本较高，同时在高温和高电压下易发生失稳和过热等安全问题；LiFePO4的循环寿命长，热稳定性好，同时价格较为低廉，但它的理论储能量低、电导率差，同时在高功率放电和低温放电等情况下其性能明显下降；LiMn2O4具有低成本、高电导率和热稳定性好等优点，但其含有锰元素，易受到水解和氧气氧化等因素的影响，同时循环寿命也不如其他材料长；NCM作为新型锂离子电池材料，具有高能量密度、优异的耐热性和循环寿命等特点，但其价格较高，同时还存在着容量衰减快和失稳的问题。
总的来说，各种材料都具有各自的特点和适用范围，根据实际需求选择合适的正极材料十分必要。
二、锂离子电池正极材料的研究进展随着人们对新能源和环境保护要求的不断提高，锂离子电池在挑战和追求更高性能的过程中，锂离子电池正极材料也在不断地进行研究和改进。
锂离子电池正极材料的研究现状及进展
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锂离子电池正极材料的发展现状和研究进展
合物正极材料的发展现状和研究进展 。ＬＣ Ｏ 在今后正极材 料发展 中仍然 有发展潜力 ， ｉｏ ２ 通过微 掺
杂和包覆都可使钴酸锂的综合性能得到提高 ， 环性 能大大改善。环保 、 循 高能 的三元材料和磷酸铁
锂 为 代 表 的 新 型 正 极 材 料 必 将 成 为 下 一 代 动 力 电池 材 料 的首 选 。 关 键 词 ： 离子 电 池 ； 锂 正极 材 料 ； 酸铁 锂 ； 元 材 料 磷 三
体 积小 等突 出优点 ， 目前 ， 应用 已渗透 到 包 括 移动 其
电话 、 笔记 本 电脑 、 像 机 、 码 相 机 等 众 多 民用 及 摄 数
军事 领域 。另外 ， 国内外也 在 竞 相 开发 电动 汽车 、 航
天 和储能 等方 面所需 的大容量 锂离 子 电池 。 对锂离 子 电池 而 言 ， 主 要 构成 材 料 包 括 电解 其
１５ ｍＡ ／ 。其优 点为 ： 作 电压 高 ， ５ ｈ ｇ 工 充放 电 电压平
稳 ， 合大 电流 放 电 ， 适 比能 量 高 ， 环 性 能 好 。缺 点 循 是 ： 际 比容量 仅为 理论 容量 的 ５ ％左 右 ， 的利用 实 ０ 钴 率低 ， 抗过 充 电性能差 ， 较高 充 电 电压 下 比容 量迅 在
的快 速充放 电性 能 。
锂离子 电池 一般选 用 过渡 性金 属 氧化 物 为 正极
量大、 自放 电小 、 环 性 能 好 、 用 寿命 长 、 量 轻 、 循 使 重
材料 ， 一方 面过 渡金 属存 在混 合价 态 ， 电子导 电性 比 较理 想 ； 一 方 面 不 易 发 生歧 化反 应 。理 论 上具 有 另 层状 结 构 和 尖 晶石 结 构 的材料 ， 能做 锂 离 子 电池 都 的正 极材料 ， 由于制 备工 艺 上存 在 困难 ， 但 目前所 用
锂离子电池正极材料Li2MSiO4的研究进展
锂离子电池正极材料Li2MSiO4的研究进展兰建云;赵敏寿【摘要】The research status quo of structure and synthesizing methods of polyanionic cathode material Li2MSiO4( M = Fe, Mn, Co and Ni) for Li-ion battery was reviewed. The research of doping modification ofLi2FeSiO4,Li2MnSiO4 and Li2CoSiO4 was summarized. The development trend of Li2MSiO4 was prospected.%综述了聚阴离子锂离子电池正极材料Li2MSiO4(M=Fe、Mn、Co及Ni)结构及合成方法的研究现状；对Li2FeSiO4、Li2MnSiO4和Li2CoSiO4掺杂改性的研究进行了综述；对Li2MSiO4的发展趋势进行了预测.【期刊名称】《电池》【年(卷),期】2012(042)001【总页数】4页(P46-49)【关键词】硅酸盐;正极材料;合成方法;掺杂【作者】兰建云;赵敏寿【作者单位】燕山大学环境与化学工程学院,河北秦皇岛066004;燕山大学环境与化学工程学院,河北秦皇岛066004;燕山大学亚稳态材料科学和技术国家重点实验室,河北秦皇岛 066004【正文语种】中文【中图分类】TM912.9正硅酸盐[Li2MSiO4(M=Fe、Mn、Co及 Ni)]可用作锂离子电池正极材料[1]。
F.Zhou等[2]用广义梯度近似(GGA+U)方法,从理论上计算了Li2MSiO4正极材料的嵌锂电位和体积变化,M.E.Arroyo-de Dompablo等[3]用第一性原理对Li2MSiO4进行了研究,rsson等[4]用密度泛函理论(DFT)对Li2FeSiO4的理论比容量和开路电压进行了计算,均认为Li2MSiO4是很有希望的正极材料。
LiMn2O4正极材料的改性研究的开题报告
LiMn2O4正极材料的改性研究的开题报告一、研究背景及意义锂离子电池是目前最为常见的商业化电池，因其具有高能量密度、高电压、长循环寿命等优点，在移动通讯、电动汽车、储能系统等领域受到广泛应用。
其中，正极材料是锂离子电池中最为关键的组成部分之一。
LiMn2O4正极材料是一种重要的锂离子电池正极材料，具有较高的理论容量和较低的成本，在电动汽车等领域具有广阔的应用前景。
然而，LiMn2O4正极材料存在着容量衰减、循环寿命短等问题，限制了其应用范围和市场价值。
为了提高这种正极材料的性能，开展对其进行改性的研究具有重要意义。
目前，已有许多学者在LiMn2O4的改性方面进行过尝试，包括金属氧化物的包覆、掺杂、表面修饰等多种方法，在一定程度上改善了材料性能。
二、研究目标和内容本次研究旨在通过改性方法提高LiMn2O4正极材料的性能，具体内容包括：1.采用不同方法对LiMn2O4正极材料进行改性，并比较性能差异；2.通过物理性质测试和电化学测试，研究其电化学性能的变化规律；3.通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段观察材料结构和形貌的变化，探讨改性方法对其微观结构和形貌的影响。
三、研究方法本研究将采用以下方法：1.采用不同方法对LiMn2O4正极材料进行改性，包括金属氧化物的包覆、掺杂、表面修饰等；2.通过物理性质测试和电化学测试，如XRD、SEM、TEM、循环伏安测试、电化学阻抗谱测试等手段，研究其电化学性能的变化规律；3.通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段观察材料结构和形貌的变化，探讨改性方法对其微观结构和形貌的影响。
四、论文结构本论文将按以下结构撰写：第一章：引言。
介绍研究背景和意义，给出研究目标和内容，说明研究方法。
第二章：LiMn2O4正极材料概述。
包括材料的结构、制备方法、电化学性能等。
第三章：LiMn2O4正极材料改性方法。
介绍包覆、掺杂、表面修饰等多种改性方法及其优缺点。
锂离子电池纳米结构LiMn2O4正极材料的研究进展
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ Ｎａ ｎｏ ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕｒ ｅ Ｌｉ Ｍｎ ２ ０４ ａ ｓ Ｃａ ｔ ｈｏ ｄ ｅ Ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｆ ｏ ｒ Ｌｉ ｔ ｈｉ ｕｍ Ｉ ｏ ｎ Ｂａ ｔ ｔ ｅ ｎ ‘ ｅ ｓ
一
上 电脑 、 通讯 电台 、 电动 自行 车 以及 电动 汽车 等 中 。正极 材 料是 锂 离 子 电池 的重 要 组成 部 分 ， 也 是 决定锂离子电池性能的关键因素之一。 目前 ， 商业 化 锂离 子 电池正 极 材料 主要有 钴 酸 锂 、 锰 酸锂 和磷 酸 铁锂 。 由于钻 酸 锂存 在 安全 性 能 差 、 对环 境 污 染 大等缺点 ， 并且钴资源有限 ， 价格 昂贵 ， 阻碍了其在
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蔚 晨等：锂离子电池纳米结构Ｌ ｉ Ｍｎ ０ 正极材料的研究进展
电工材 料 ２ ０ １ ３ Ｎ ｏ ． ３
锂 离子 电池纳 米结构 Ｌ ｉ Ｍｎ ２ Ｏ ４ 正极材料 的 研 究进 展
蔚 晨 ，唐 莹，王 凤 ，李 斯，纪子军
５ ４ １ ０ ０ ４ ） （ 桂林电子科技大学 材料科学与工程学院 ，广西桂林
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｌ ｉ ｔ ｈ ｉ ｍ ｕ ｉ ｏ ｎ ｂ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｙ ；ｌ ｉ ｔ ｈ ｉ ｕ ｍ ｍａ ｎ ｇ ａ ｎ ａ ｔ ｅ （ Ｌ ｉ Ｍｎ ２ Ｏ４ ） ；ｎ ａ ｎ ｏ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ
ｌ 引言
随着 信息 技术 的发 展 ， 锂 离 子 电池越 来 越 受 到 人们 的广 泛关 注 ， 并 且 被越 来 越 多地 应 用到 诸 如 掌
锂离子电池正极材料研究进展
锂离子电池正极材料研究进展
锂离子电池作为当前主流的电池类型之一，在移动电子设备、电动汽车、储能系统等领域有着广泛的应用。
其中，正极材料作为锂离子电池的关键组成部分，直接影响着电池的能量密度、循环寿命和安全性能。
因此，对锂离子电池正极材料的研究一直备受关注。
本文将从目前锂离子电池正极材料的研究现状和未来发展方向两个方面进行探讨。
首先，当前锂离子电池正极材料的研究主要集中在钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂和钛酸锂等化合物上。
这些化合物具有较高的比容量和较高的工作电压，但同时也存在着价格昂贵、资源紧缺和安全性能差的缺点。
因此，研究人员开始转向新型正极材料的开发，如锰基氧化物、钴基磷酸盐、钛基氧化物等。
这些材料具有丰富的资源、低成本和良好的安全性能，是未来锂离子电池正极材料的发展方向之一。
其次，未来锂离子电池正极材料的研究将主要集中在提高能量密度、延长循环寿命和提高安全性能三个方面。
在提高能量密度方面，研究人员将重点关注多元化合物的设计和合成，以提高材料的比容量和工作电压。
在延长循环寿命方面，研究人员将致力于减少材料在充放电过程中的结构变化和粒径变化，以提高材料的循环稳定性。
在提高安全性能方面，研究人员将着重于提高材料的热稳定性和耐高温性能，以降低电池的热失控风险。
综上所述，锂离子电池正极材料的研究正处于快速发展的阶段，新型正极材料的开发和现有材料性能的改进将成为未来的研究重点。
随着材料科学和能源领域的不断进步，相信锂离子电池正极材料的研究将为电池技术的发展和应用带来新的突破。
希望本文对锂离子电池正极材料的研究有所帮助，也期待未来能够有更多的科研成果为电池技术的发展做出贡献。
Li2MSiO4作锂离子电池正极嵌锂插层的研究进展
Li2MSiO4作锂离子电池正极嵌锂插层的研究进展
李付绍;闫宇星;夏书标;胡粉娥;王智娟
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2013(027)001
【摘要】对国内外聚阴离子型化合物硅酸盐Li2MSiO4(M=Fe,Mn,Ni,…)正极材料的研究进展进行了综述,着重从材料的制备与结构改性、嵌/脱锂特性、晶型结构等方面进行阐述.最后讨论硅酸盐正极材料所面临的挑战,并指出改善其综合性能的途径.
【总页数】5页(P57-61)
【作者】李付绍;闫宇星;夏书标;胡粉娥;王智娟
【作者单位】曲靖师范学院化学化工学院,曲靖655011;曲靖师范学院化学化工学院,曲靖655011;曲靖师范学院化学化工学院,曲靖655011;曲靖师范学院化学化工学院,曲靖655011;曲靖师范学院化学化工学院,曲靖655011
【正文语种】中文
【中图分类】TM911
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正极材料Li2MSiO4(M=Fe、Mn)的研究进展
正极材料Li2MSiO4(M=Fe、Mn)的研究进展刘晓彤;赵海雷;王捷;何见超【摘要】对近年来有关正极材料Li2MSiO4(M=Fe、Mn)的结构特征、电化学性能中存在的问题(如电导率低、容量衰减等)及性能改善的方法(如掺杂、包覆等)进行了综述.总结了对结构认识存在分歧的原因及合成方法对材料性能的影响.%The structure characteristics, problems in electrochemical performance (such as low conductivity and capacity decay)and methods to improve the performance (such as doping and coating) about cathode materialLi2MSiO4( M = Fe, Mn) in recent years were summarized. The reasons led to the differences in recognizing of structure and effects of synthesizing methods to the performance of material were summarized.【期刊名称】《电池》【年(卷),期】2011(041)002【总页数】4页(P108-111)【关键词】锂离子电池;正极材料;硅酸锰锂(Li2MnSiO4);硅酸铁锂(Li2FeSiO4)【作者】刘晓彤;赵海雷;王捷;何见超【作者单位】北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;新能源材料与技术北京市重点实验室,北京100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TM912.9自从LiFePO4[1]材料面世以来,复合阴离子正极材料一直是研究的重点,与LiFePO4结构相似的Li2MSiO4更是受到人们的广泛关注[2-8]。
锂离子电池正极材料的研究与进展综述
锂离子电池正极材料的研究与进展综述学院：材料与化学工程学院姓名： xx学号： 5412040601xx年级：2012 级专业：电化学导师：xxxxxxx日期： 2015年12月28日锂离子电池正极材料的研究与进展综述摘要：锂离子电池近十几年一直是人们研究的课题，以其工作电压高、体积小、质量小、比能量高、无污染、无记忆效应等优点著称，并因此在市场独占鳌头。
时值今日，二次锂离子电池的研制开发已取得很大的进展。
锂离子电池“一大一小”的发展方向更增加了热度。
本文从锂离子电池正极材料的不同制备方法出发，以层状正极材料，三元类正极材料，尖晶石类正极材料，聚阴离子类正极材料为例，对其不同的电化学性能进行比较和归纳。
三元材料中镍钴锰类电池和聚阴离子中磷酸铁锂类电池因高的性价比受到青睐。
下面将具体阐述锂离子电池不同正极材料及其电化学性能。
关键词：锂离子电池；正极材料；层状类；三元材料；尖晶石类；聚阴离子；电化学性能引言：铅酸电池是最早出现的可充电电池。
但是一方面它的能量密度低，另一方面对环境污染严重，所以在电池的发展中将逐渐被淘汰[1]。
相对而言，镍镉电池(Ni/Cd较为优越;只是随着科技的最新发展和层出不穷的新型电子和通讯装置来说，首先它的能量也不是很充足，其次由于镍镉电池导致的环境污染问题同样是极其严峻的，因此在大多数国家它是被严禁控制的，甚至不许生产。
镍金属氢化物电池(Ni/MH)在许多方面都优于镍镉电池，不过它的能量密度还是比较有限，由其引起的环境问题也是存在的，更为重要的一点是，它的自放电高，使用期也是有限的[2,3]。
这样来看，寻找具有高能量密度和高放电容量的电池体系来适应电子和信息产品的迅速发展越来越紧迫。
锂离子电池正是在这样的形势下于上世纪九十年代发展起来的一种新型化学电源;它具有工作电压高，重量轻，比容量高，自放电小，循环寿命长，无记忆效应，安全可靠，绿色环保等突出优点，而成为摄像机、移动电话、笔记本电脑以及便携式测量仪器等电子装置小型轻量化的理想电源，也是未来电动汽车用轻型高能动力电池的首选电源[4,5]。
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摘要：本文综述了聚阴离子型硅酸盐正极材料Li2MSiO4(M=Fe, Mn, Co)的研究概况，重点对硅酸盐正极材料的结构、制备方法以及材料性能进行了介绍。
并指出了Li2MSiO4(M=Fe, Mn, Co)材料改进的方向和发展趋势。
关键词：锂离子电池；聚阴离子型正极材料；Li2MSiO4Abstract: As a new type of polyanionic-based cathode materials, lithium metal orthosilicatesLi2MSiO4(M = Fe, Mn, Co) was reviewed with respect to the recent status of Li2MSiO4 systems. Especially，the structure characteristics, synthesis methods and the electrochemical behaviors of the cathode materials were introduced. The improvement direction and development trend of this type material was prospected.Key words: lithium ion battery; polyanionic-based cathode materials; Li2MSiO4近来聚阴离子型正极材料的问世，以其具有价格低廉，资源丰富，安全性好、循环更稳定等优点而引起人们的广泛关注。
与常见的过渡金属氧化物正极材料相比，在价格、安全性能以及电化学性能等方面具有独特的优势，成为了动力型锂离子电池正极材料的研究热点[1, 2]。
聚阴离子型化合物是一系列含有四面体或者八面体阴离子结构单元。
这些结构单元通过强共价键连成的三维网络结构并形成更高配位的由其它金属离子占据的空隙，使得聚阴离子型化合物正极材料具有和金属氧化物正极材料不同的晶相结构以及由结构决定的各种突出的性能[3]。
第一，材料的晶体框架结构稳定，当锂离子在正极材料中嵌脱时，材料的结构重排很小，材料在锂离子嵌脱过程中保持良好的稳定性；第二，易于调变材料的放电电位平台，选择不同的化学元素配置可以对聚阴离子型正极材料的充放电电位平台进行系统地调制，以设计出充放电电位符合应用要求的正极材料。
但是，聚阴离子型正极材料的缺点是电子电导率比较低，材料的大电流放电性能较差，因而需要对材料进行碳包覆或者掺杂等方法来改善其电导率。
在诸多聚阴离子型化合物中，硅酸盐系列材料因具有自然储量丰富和环境友好的等特点而引起了众多研究人员的特别关注。
而且Si与P元素在周期表中的位置相邻，Li2MSiO4具有与LiFePO4相似的化学结构和化学稳定性能，同属于正交晶系[6]。
由于Si比P具有更低的电负性，使得Fe2+/Fe3+电对降低，因此硅酸盐相对于磷酸盐具有较低的电子能带宽度而具有相对较高的电子电导率[4-6]。
由于正硅酸盐很强的Si-O键结合力，和LiFePO4化学稳定性能类似，Li–M–Si–O具有相同的晶格稳定性效应，使其在使用的电压X围内拥有较好的循环性能和安全性[6-8]。
而且硅酸盐材料理论上可以允许可逆的脱嵌两个锂，具有更高的理论容量。
比如Li2MnSiO4理论比容量为333mAh/g，Li2CoSiO4为325 mAh/g[7]。
1 Li2MSiO4的结构特性正硅酸盐Li2MSiO4(M=Fe, Mn, Co)具有与低温Li3PO4相似的结构，所有的阳离子都以四面体配位形式存在[5, 7, 13, 15, 24]。
Li2MSiO4属于正交晶系，空间群为Pmn21。
以Li2FeSiO4为例，Li2MSiO4的结构可以看成是[SiFeO4]层沿着ac面无限展开，面与面之间通过LiO4四面体在b轴方向相联接。
在这些层中SiO4四面体与相邻的四个FeO4四面体分别共顶点相连，反之亦然。
锂离子占据着两个[SiFeO4]层之间的四面体位置，在这样的结构中每一个LiO4四面体中有三个氧原子处于同一层中，第四个氧原子属于相邻的层中。
LiO4四面体沿着a轴共顶点相连，锂离子通过这一路径进行嵌入-脱出晶格的反应。
如图1所示，沿b轴方向观测得到的Li2FeSiO4晶体结构。
图1 Li2FeSiO4晶体结构Fig. 1 Crystal structure of Li2FeSiO4Arroyo-de指出理论上Li2MSiO4在锂离子嵌入-脱嵌过程中可以提供两个电子(M+2/M+3, 和M+3/M+4电对)，所有第二个电子的脱嵌电压都较高（>4.5V），达到了目前锂电池使用的电解液的稳定极限（LiPF6基电解液）[8]。
比如，锂离子从Li2FeSiO4中脱嵌会产生两段电压平台，第一个电压平台在3.2V，第二段电压平台在4.8V，两者相差1.6V。
基于一个锂离子脱嵌反应，Li2FeSiO4的理论容量为166mAh/g。
Li2FeSiO4 = Li1FeSiO4 + Li+ + e- （1）而如果用锰部分取代铁形成掺杂Li2MnxFe1-xSiO4，则可以利用Mn从+2价氧化到+4价，进行多于1个电子的反应[6-10]：Li+2(Fe2+1-xMn2+x) SiO4 = Li+1-x(Fe3+1-xMn4+x)SiO4 + (1+x)Li+ + (1+x)e- （2）掺杂20%的Mn就会导致理论容量超过200mAh/g。
2 Li2FeSiO4的制备与电化学性能Peter Larsson等人通过DFT（density functional theory）计算得出，Li2FeSiO4的平均电压为2.77V(相对于Li/Li+)，能量密度为1200Wh/l，比能量为440Wh/Kg[6]。
Armand[9]等人的专利提出了采用正硅酸盐作为锂离子电池正极材料的想法，他们以FeO和Li2SiO3作为原料，球磨后在800℃烧结4小时得到Li2FeSiO4材料。
Anton Nyten[5]采用FeC2O4H2O和Li2SiO3为原料，在球磨过程中加入10%碳凝胶，在CO/CO2的气氛中（防止Fe2+氧化）750℃加热24h，得到了正交结构的Li2FeSiO4材料，以1M LiN-(SO2CF3)2（LiTFSI）/EC-DEC（2:1，体积比）为电解液，电化学测试窗口为2.0-3.7V，在60℃以C/16充放电，首次充电容量为165mAh/g(理论容量的99%)，经过几次循环后充放容量稳定在140mAh/g(理论容量的84%)。
循环伏安结果显示，在首次循环后充电电压平台从3.10降低到2.80V，表明在充放电过程中出现了结构转变，形成了更稳定的结构，可能是由于一些处于4b位置的Li离子与2b位置的Fe离子发生了互换造成的。
随后，他们采用10wt%的有机高聚物为碳的前驱体，以提高正极材料的导电性。
在CO/CO2的气氛中（防止Fe2+氧化）700℃加热20h，合成了Li2FeSiO4材料。
以1M LiTFSI/EC-PC（1:1）为电解液，电化学测试窗口为2.0-3.7V，在60℃以C/25充放电，首次容量120mAh/g，经过120多次循环后容量损失小于3%具有良好的可逆性[10]。
并利用PES、XPS首次研究了Li2FeSiO4正极材料的表面特性。
暴露在空气中未循环的Li2FeSiO4极片比在惰性氛围中极片表面存在更多的Li2CO3。
60℃时Li2FeSiO4电极在LiTFSI /EC-PC电解液中进行电化学循环后电极材料十分稳定，仅有部分溶剂与活性材料的反应产物，这些产物主要是LiTFSI和少量的含锂羧酸盐，没有产生碳酸盐和LiF。
然而以LiTFSI/EC-DEC（2:1）和LiPF6/EC-DEC（2:1）为电解液进行电化学循环后，在Li2FeSiO4电极表面发现了Li2CO3的存在。
而且在LiPF6基电解液中的Li2FeSiO4电极表面还存在LixPFy, LixPOyFz和LiF，并且由于与水解产生的HF作用，Li2FeSiO4发生了腐蚀，循环性能不稳定[11]。
Nyte′n等[12]还利用原位X射线衍射技术和穆斯堡尔谱仪研究了Li2FeSiO4的脱嵌锂机理。
研究发现，Li2FeSiO4电极在充放电循环中，锂离子在Li2FeSiO4和LiFeSiO4之间转移，两种材料是相同结构的，二者的晶胞体积相差不到1%。
穆斯堡尔谱和XRD实验结果显示在全充电和全放电状态下，Li2FeSiO4和LiFeSiO4的残余量分别为5%和10%，这也与电化学测试的结果吻合。
Li2FeSiO4在首次充放电过程中产生了结构的重组，部分占据4 b位的锂离子与占据2 a位的铁离子进行了互换，4 b位置的Li:Fe从96:4变为40:60，导致了首次放电过程中放电电压平台从3.10 V降到了2.80 V(如图2)。
离子的重排可能使结构更加稳定，后续电化学循环中，4 b位置的Li:Fe在60:40和40:60之间转换。
图2 Li2FeSiO4的典型充放电曲线Fig. 2 Charge and discharge curves of Li2FeSiO4Dominko[13]等人通过改性的溶胶凝胶法获得了前驱体，在Ar气氛经过700℃热处理合成了正交结构的Li2FeSiO4。
以1M LiPF6/EC-DMC（1:1）为电解液，在室温下以C/30的小电流下首次放电容量实现了每个化学式0.5个Li的可逆嵌入。
与Nyten所报道的相似，在首次循环后充电电压平台从3.2降低到3.1V，不过电极极化较大，可逆容量较低。
造成电化学性能区别的原因一是在于正极材料具有的很低电导率，受测试温度影响比较大；另外，采用的电解液不同，Nyten选用的LiTFSI比LiPF6具有更高的离子导电率。
Dominko[14]进一步研究了合成条件对Li2FeSiO4性能的影响，分别采用三种不同的合成方法（水热法、溶胶凝胶法和改性的溶胶凝胶法）成功地制备出Li2FeSiO4样品。
获得的样品在形貌、粒度大小以及原位炭包覆情况都有所不同。
随着合成过程中碳含量的增加，产物中杂质的含量越高。
水热合成过程中没有任何碳参与，得到的物相最纯；溶胶凝胶法得到的产物含有5.5wt%的碳，这样的Li2FeSiO4/C复合材料含有最多杂质（Fe2O3, SiO2和Li2SiO3)，通过穆斯堡尔光谱仪分析，只有68.8%的铁是以Fe2+形式存在。
然而由于水热法得到的产物没有包覆碳而且粒度分布很宽，容量很低，采用溶胶凝胶法在较优条件下获得的具有最小颗粒（50 nm左右）的碳包覆样品显示了最好的电化学性能，以0.8M LiBOB/EC-DEC（1:1）为电解液，电化学测试窗口为2.0-3.8V，产物60℃下以C/20充放电，首次容量为100mAh/g，具有很好的循环性能；在C/2下放电容量为C/20的75%，显示了较好的倍率性能。