Page 199 - 《精细化工）》2023年第10期

第 10 期 张庆堂，等: 硫掺杂纳米 Li 2 FeSiO 4 /C 的制备及其电化学性能 ·2277·

为进一步了解样品的电化学行为，对其进行了 表 3 样品的 EIS 参数
EIS 测试，结果见图 9。如图 9 所示〔阻抗实部（Z′）， Table 3 EIS parameters of samples
2
样品 R e/Ω R ct/Ω σ/(Ω·s –1/2 ) D o/(cm /s)
阻抗虚部（Z″）〕，经过模拟电路拟合后，4 种电极
S2-LFS/C 2.349 120.5 188 5.18×10 –16
材料的 Nyquist 曲线相似。半圆在 Z′轴高频区上的 S1-LFS/C 3.594 144.7 293 2.12×10 –16
截距为电解液阻抗（R e /Ω），高频区的半圆弧为材料 S3-LFS/C 8.144 197.5 443 9.27×10 –17
LFS/C 5.044 317.0 592 5.19×10 –17
+
的电荷转移阻抗（R ct /Ω）。电极材料的 Li 扩散系数

的大小由公式（1）和（2）求出：
Z′ = R e + R ct + σω –1/2 （1） 3 结论
2 2
2 4 4
2 2
D o = R T /(2A n F C σ ) （2） 通过简单的固相反应法制备了 LFS/C 、
式中：σ 是通过 Z′与 ω –1/2 的线性关系计算出的斜率， S1-LFS/C、S2-LFS/C 和 S3-LFS/C 正极材料并对其
+
Ω·s –1/2 ；ω 为低频区的角频率，Hz；D o 为 Li 扩散系数， 结构与性能进行测试。XRD 结果表明，S2-LFS/C
2
cm /s；R 为摩尔气体常数，8.314 J/(mol·K)；T 是绝对 具有 P2 1 单斜晶体结构，S 掺杂扩大了其晶胞体积、
2
温度，298.15 K；A 是极片的表面积，1.13 cm ；n 为 层间距。SEM 结果表明，S2-LFS/C 为纳米球状形貌，
Li 2FeSiO 4 中转移电子的数目，1；F 为法拉第常数， 平均粒径为 45 nm，而 LFS/C 的平均粒径为 67 nm。
+
96500 C/mol；C 是固体中 Li 的浓度，0.0496 mol/L。 较大的晶胞体积、层间距和较小的粒径使 S2-LFS/C
由图 9 和公式（1）、（2）计算得到 4 种样品的 表现出更好的电化学性能。0.1 C 下，S2-LFS/C 首
EIS 数据列于表 3。 次放电比容量为 181.9 mAh/g，高于 LFS/C 的放电
比容量（140.0 mAh/g）。10 C 下，S2-LFS/C 的放电
比容量为 85.0 mAh/g，远高于 LFS/C 的放电比容量
（34.3 mAh/g），具有更好的倍率性能。1 C 下，
S2-LFS/C 循环 100 次后容量保持率为 91.3%，高于
LFS/C 的容量保持率（90.6%），具有较好的循环性
能。本研究为开发低成本、安全环保及高性能锂离
子电池正极材料提供了新的设计思路和借鉴。

参考文献：
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图 9 样品的 EIS 谱图（a，插图为等效电路图）和 Z′与 International Journal of Energy Research, 2022, 46(5): 5373-5398.
ω –1/2 的线性关系（b） [7] ZHU J F (朱军峰), YAN M M (闫萌萌), ZHU T (朱婷), et al.
Preparation and electrochemical properties of cathode material
Fig. 9 Nyquist diagram of samples (a, the illustration is PTAm-GO for lithium-ion batteries[J]. Fine Chemicals (精细化工),
the equivalent circuit diagram) and Z′ and ω –1/2 2021, 38(11): 2341-2346.
linear relationship (b) [8] QIAO H L, DUAN A R, WANG T, et al. Investigation on Li 2FeSiO 4
and Li 2FeSiO 4/C synthesised through facile solid-state reaction[J].
从表 3 可以看出，S2-LFS/C 具有最小的 R e 和 Materials Technology, 2020, 35(9/10): 546-552.
[9] ZHANG Q T, YAN C, MENG Y, et al. Hierarchical mesoporous
R ct ，分别为 2.349 和 120.5 Ω，以及最大的 D o ，为 Li 2FeSiO 4/C sheaf-rods as a high-performance lithium-ion battery
cathode[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2018, 767: 195-203.
2
5.18×10 –16 cm /s，这主要归因于较大的晶格间距、 [10] KARUPPIAH D, PALANISAMY R, PONNAIAH A, et al.
较小的材料粒径降低了活性物质在充放电过程中的 Eggshell-membrane-derived carbon coated on Li 2FeSiO 4 cathode
material for li-ion batteries[J]. Energies, 2020, 13(4): 786.
极化内阻，并且有效地提升了电极反应动力学。 （下转第 2285 页）