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北大新材料學院在鋰電池Sn雙摻雜硅酸亞鐵鋰材料取得進展

發(fā)布時間：2015-11-23

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新型的聚陰離子硅酸鹽正極材料 (Li₂MSiO₄,M=Fe、Mn、Co、Ni)，由于具有高能量密度，低成本，環(huán)境友好和安全等一系列有點而成為正極材料的研究熱點之一。Li₂FeSiO₄正極材料理論上可以實現2個Li⁺脫嵌，比容量高達332 mAh g^-1，然而其低的電子導電率和鋰離子擴散系數限制了其在商業(yè)化鋰離子電池中的應用。
新材料學院2013級碩士研究生王凱，2014級碩士生滕高烽和博士后楊金龍在潘鋒教授的指導下，首次采用兩種不同價態(tài)的Sn(Sn(II) and Sn(IV))對Li₂FeSiO₄進行摻雜，并發(fā)現由于Sn(II)與Sn(IV)的位阻效應與電子結構不同，Sn(II,IV)會進行選擇性摻雜，Sn(II)摻雜在Fe位，Sn(IV)摻雜在Si位。實驗證實，Sn(II，IV)選擇性雙摻雜的Li₂FeSiO₄在0.2 C（1 C = 166mA g^-1）的電流密度下，容量高達311.5mAh g^-1，10 C下循環(huán)500次后仍能保持96 %的容量。通過進一步的DFT計算發(fā)現，Sn(II，IV)選擇性雙摻雜的Li₂FeSiO₄可以提高電子導電性，同時降低脫鋰電壓，這與實驗結果相符合。該工作以全文方式，發(fā)表在工程一區(qū)Journal of Materials Chemistry A（影響因子IF=7.5）雜志（DOI: 10.1039/C5TA06713H）上。博士后鄭家新對本篇工作也給予了很大支持與幫助。

Figure 1 Crystal structures (top panel) and spin polarized DOS (bottom pannel) for (a) Li₂FeSiO₄, (b) Li₂Fe_0.94Sn_0.06SiO₄and (c) Li₂FeSi_0.94Sn_0.06O₄. All tetrahedra point in the same direction along the c-axis and are linked only by corner-sharing. (Blue: SiO₄ tetrahedra, brown: FeO₄ tetrahedra, red: SnO₄ tetrahedra, green: LiO₄ tetrahedra.) The fermi level is set at zero.
目前，北京大學新材料學院的各課題組正在努力，相互合作，陸續(xù)將更加優(yōu)秀科研工作形成原創(chuàng)專利，并投到高影響力的雜志上。同時，新材料學院將產業(yè)與學術相結合，力圖為新能源領域做出自己的貢獻。

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文章鏈接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2015/TA/C5TA06713H
Wang, K.; Teng, G.; Yang, J.; Tan, R.; Duan, Y.; Zheng, J.; Pan, F., Sn (II, IV) steric and electronic structure effects enable self-selective doping on Fe/Si-sites of Li₂FeSiO₄ nano-crystals for high performance lithium ion batteries. J. Mater. Chem. A 2015.

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