Page 193 - 《精细化工）》2023年第10期

第 40 卷第 10 期 精 细 化 工 Vol.40, No.10
2 023 年 10 月 FINE CHEMICALS Oct. 2023

有机电化学与工业
硫掺杂纳米 Li FeSiO /C 的制备及其电化学性能
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张庆堂 ，胡晓俊 ，吴小雨 ，姬少康 ，王晓梅
（1. 兰州理工大学 石油化工学院，甘肃 兰州 730050；2. 兰州理工大学 材料科学与工程学院，甘肃 兰
州 730050）
摘要：采用固相反应法制备了纳米 Li 2 FeSiO 4–x S x /C（x=0、0.01、0.02 和 0.03）正极材料，通过 XRD、SEM、XPS、
Raman、FTIR 及恒电流充放电表征其晶体结构、微观形貌和电化学性能。结果表明，Li 2 FeSiO 3.98 S 0.02 /C 具有 P2 1
单斜晶体结构，硫掺杂后材料的晶胞体积和层间距均增大；Li 2 FeSiO 3.98 S 0.02 /C 为纳米球状形貌，平均粒径 45 nm，
明显小于 Li 2 FeSiO 4 /C 的粒径（67 nm）。较大的晶胞体积、层间距和较小的粒径使 Li 2 FeSiO 3.98 S 0.02 /C 表现出更
好的电化学性能。在 0.1 C 下，其首次放电比容量高达 181.9 mAh/g；10 C 下，其放电比容量为 85.0 mAh/g；1
C 下，循环 100 次后其容量保持率为 91.3%。
关键词：锂离子电池；正极材料；硅酸亚铁锂；硫掺杂；有机电化学与工业
中图分类号：TB383.1；TM912 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2023) 10-2271-07

Preparation and electrochemical performance of

sulfur doped nano Li 2FeSiO 4/C

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ZHANG Qingtang , HU Xiaojun , WU Xiaoyu , JI Shaokang , WANG Xiaomei
（1. School of Petrochemical Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, Gansu, China;
2. School of Materials Science and Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, Gansu, China）
Abstract: Nano Li 2FeSiO 4–xS x/C (x=0, 0.01, 0.02 and 0.03) cathode materials were prepared via solid state
reaction, and characterized by XRD, SEM, XPS, Raman, FTIR and constant current charge and discharge
for analyses on the crystal structure, morphology and electrochemical performance. The results showed that
Li 2FeSiO 3.98S 0.02/C displayed a P2 1 monoclinic crystal structure, with the cell volume and layer spacing of
the material increased after sulfur doping. Li 2FeSiO 3.98S 0.02/C exhibited a nanospherical morphology with an
average particle size of 45 nm, significantly smaller than that of Li 2FeSiO 4/C (67 nm). Larger cell volume,
layer spacing and smaller particle size led to better electrochemical performance. At 0.1 C, the first
discharge specific capacity was up to 181.9 mAh/g; At 10 C, the specific discharge capacity was 85.0 mAh/g;
At 1 C, the capacity retention rate maintained at 91.3% after 100 cycles.
Key words: lithium ion battery; cathode materials; Li 2FeSiO 4; sulfur doping; electro-organic chemistry and
industry

锂离子电池具有能量密度高、功率密度高、自 能锂离子电池对正极材料的巨大需求 [7-9] 。Li 2 FeSiO 4
放电率低、循环寿命长、无污染等优点 [1-6] ，在消费 属于聚阴离子正极材料，具有高理论比容量、原料
电子产品、动力电池和储能电池领域得到了广泛的 廉价易得、安全性好的优点。但 Li 2 FeSiO 4 也存在电
应用。正极材料是锂离子电池关键组成部分之一， 子电导率低和离子扩散系数低等缺陷。为了克服这
决定着锂离子电池的性能。只有开发高能量密度、 些缺陷，研究者们采用碳包覆 [10-11] 、离子掺杂 [12-14] 、
低成本、安全性好的正极材料，才能满足动力、储 纳米化 [15-18] 等方法来改善 Li 2 FeSiO 4 的电化学性能。

收稿日期：2022-12-12; 定用日期：2023-03-10; DOI: 10.13550/j.jxhg.20221143
基金项目：国家自然科学基金项目（21968016，21466020）；四川省科技成果转移转化示范项目（2022ZHCG0018）
作者简介：张庆堂（1976—），男，教授。联系人：胡晓俊（1997—），男，硕士生，E-mail：2951854354@qq.com；王晓梅（1981—），
女，高级工程师，E-mail：wxmei06@163.com。