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微波合成法制备锂离子电池正极材料Li2FeSiO4胡国荣曹雁冰 彭忠东 杜柯 蒋庆来(中南大学冶金科学与工程学院, 长沙410083)摘要：研究了一种制备锂离子电池正极材料Li2FeSiO4的新方法.采用机械球磨结合微波热处理合成了Li2FeSiO4正极材料. 通过XRD、SEM 和恒流充放电测试, 对样品结构、形貌和电化学性能进行了表征和分析. 与传统固相法合成的材料在晶体结构、微观形貌以及充放电性能方面进行了比较. 结果表明, 微波合成法可以快速制备具有正交结构的Li2FeSiO4材料;在650 益时处理12 min,获得了纯度高、晶粒细小均匀的产物, 该产物具有较高的放电比容量和良好的循环性能.在60 益下以C/20 倍率(电流密度, 1C=160 mA·g-1)进行充放电, 首次放电容量为119.5 mAh·g-1, 10 次循环后放电容量为116.2 mAh·g-1. 与传统高温固相法相比, 微波合成法制备的材料具有较高的纯度、均匀的形貌和较好的电化学性能.关键词：锂离子电池; 正极材料; Li2FeSiO4; 微波合成由于阴离子基正极材料的介绍古迪纳夫的研究小组在聚阴离子化合物有很大的兴趣，因为他们的原材料成本低，无毒储锂正极材料，环保，高安全性。特别是，磷酸铁锂正大型锂离子动力电池的应用上成为一个很有希望的正极材料.事实上，安全和环境方面，已成为当今两个主要的考虑问题，就是要保证热稳定性，很好的化学和电化学稳定性.。最近，聚阴离子复合硅酸盐基材料是发展成为一个安全的阴极材料的新类。正硅酸盐家族的Li2MSiO4（M=铁，锰，钴）也有类似于LiFePO4的晶体结构，化学热稳定性。此外，有有着更丰富的资源，廉价的原材料，并成为比磷酸铁更加环保，Li-Fe - Si - O系统拥有廉价正极材料具有潜在巨大的吸引力。它的理论容量为166mA· g – 1是基于在一个锂离子插入/萃取反应的基础上。由Nytén et al首先测试的Li2FeSiO4表现出在60℃，C/16率下，可逆容量约130mA· g - 1。而且，循环稳定性也相当好（超过120次的周期，降低小于3%）。但是，同样如材料LiFePO4的情况下，性能率仍然很差，是由于低电子导电性和低锂扩散问题，以及在合成单相材料的困难。已经使用多种合成方法，如固体反应，溶胶凝胶法和水热反应来合成超细和良好的结晶粉末Li2FeSiO4。在所有这些研究中，Li2FeSiO4的合成需要很长工艺过程和高能消耗。因此，需要一种新型的合成方法，以减少所需的工艺时间，确保控制颗粒大小和颗粒表面改性，以改善电化学性能。微波加热技术被广泛应用于制备无机合成领域的先进材料，由于其方便，节能的优点，以及环境兼容性。一个极大的兴趣已被显示在微波合成正极材料中。不同于传统加热，通过把微波能量直接吸收到材料中，微波加热能达到非常均匀并快速加热。因此，微波加热过程中对温度处理有着灵活性，可以预计生产高纯度，均匀微观结构的精细颗粒。我们把微波加热技术引进到Li2FeSiO4正极材料的制备研究中，这种方法来合成Li2FeSiO4快速，简单。与传统固体状态处理工艺过程的这些样品相比，所获得的Li2FeSiO4材料具有较高的相纯度，均匀微观结构，以及电化学性能更好。1实验1.1制备和Li2FeSiO4正极材料的特性Li2FeSiO4正极材料制备是先经过球磨，然后用微波加热。碳酸锂（99.5％），FeC2O4 · 2H2O的（99.0％），纳米二氧化硅（99.5％）作为以15％（w，质量分数）葡萄糖为碳源（98.0％）的开始使用的材料，然后以化学计量比称重量，分散于丙酮中，用湿法球磨完全混合6小时，在聚丙烯瓶中（对球的比例为1:3）用氧化铝球以300 r· min - 1的速度搅拌。丙酮蒸发后，混合物是由球磨0.5小时，起始材料首先加热到400℃，保持6小时，在流动纯氩气（99.99％）中，来先分解草酸盐。冷却后，预分解的混合物分为两部分，压成颗粒，然后分别放置在氧化铝坩埚内。其中一部分混合物用传统的方法置于氩气流中在650~700℃加热20h来合成正极材料。所获得的样品分为CM1型和CM2型作为参考。另一部分在Ar气氛中在650℃用微波加热8和12分钟，所获得的样品分别标记为MW1和MW2。微波照射坩埚由可控温度HAMiLab - V3的多模微波加热炉（SYNOTHERM公司，中国）控制。热重分析（TGA）/差示扫描量热法（DSC）进行了同步热上SDTQ600分析（TA仪器公司，美国），以确定处理温度。将混合物在氩气流中以10℃·min-1的速度从室温加热到900℃。样品的结构由X射线衍射仪（XRD，D / max - RA型铜Kα1，40千伏，300毫安，10 ° - 70 °，日本）测定。所有产品的显微结