近些年来，随着锂离子电池负极材料的研究发展迅速，出现了许多性能异常优秀的负极材料，但是正极材料的研究并不容乐观[18]。

由于Goodenough等人的研究发现，目前对于锂离子电池的深入研究主要聚焦于研发高性能聚阴离子型正极材料[19]。锂过渡金属原子硅酸盐（Li2FeSiO4和Li2MnSiO4）从各种聚阴离子型正极材料中突显出具有较高理论容量（约330mAhg-1）、低成本和环保的优点[20]。如果Li2FeSiO4或Li2MnSiO4的容量达到了理论值，那么每2molLi+的交换会伴随形成每单位的Fe4+或Mn4+。与Li2FeSiO4相比，Li2MnSiO4具有循环性能好的优点。

1.2.1 锂过渡金属原子硅酸盐作为正极材料的改善方法

考虑到低电导率和锂过渡金属原子硅酸盐（Li2FeSiO4和Li2MnSiO4）的慢Li+扩散的缺点，用高传导性材料（碳或导电聚合物）涂层的Li2FeSiO4和用减小粒径的Li2FeSiO4是改善其电化学性能的关键[21]。

到目前为止，已经有各种合成方法制备出的Li2FeSiO4正极材料。固态反应的方法，通过高温下的长时间煅烧来获得尺寸更大的Li2FeSiO4颗粒（微米尺度），然而它对电化学性能方面有负面影响[22]。水热法有助于实现更小的粒径（几百纳米），但很难直接制得纯相、高结晶态的Li2FeSiO4。通过控制可溶性的Li，Fe和Si源，可以让Li、Fe和Si元素均匀分布在干凝胶前驱体中，所以溶胶-凝胶法通常用于合成纯相的Li2FeSiO4纳米颗粒（数十纳米）[23]。例如，通过水热法和微波处理的溶胶-凝胶法合成的Li2FeSiO4产物显示出良好的倍率性。碳涂层技术和碳源也影响着Li2FeSiO4的电化学性能[24]。溶胶-凝胶法与原位碳涂层组合可以防止Li2FeSiO4粒子在煅烧过程中长大，易于缩短Li+的扩散路径。到目前为止，在用溶胶-凝胶法制备Li2FeSiO4/C的过程中，聚合物、糖、碳纳米管、碳纳米球、石墨烯和多孔导电性石墨被用作为各种不同的碳源而被引入[25]。特别的是，基于石墨烯的碳源可以给Li2FeSiO4提供高电化学活性，并且在低倍率条件下有近2molLi+能够嵌入和脱出[26]。

阳离子掺杂是另一种提高正极材料电化学性能的有效方法。到目前为止，Mg-，V-，Cr-，Co-，Ni-，Cu-和Zn-掺杂的Li2FeSiO4/C产品可通过溶胶-凝胶法制备。V-，Cr-和Ni-掺杂可以略微增加比容量和倍率性能，而不能改善循环性能[27]。L.Zhang等人已经证明共掺杂可以明显地增强比容量和倍率性能，但它在低倍率循环性能方面不具有明显优势[28]。众所周知，在锂化-脱锂的过程中,Mg-掺杂因为降低了电荷转移的阻力，增加了Li+扩散能力，强化了结构的稳定，所以有利于显著地提高磷酸盐正极材料的倍率性能和循环性能，如LiFePO4与Li3V2(PO4)3。S.Zhang等人用可溶的Li、Fe、Si和Mg源，通过溶胶-凝胶法合成了Mg掺杂的Li2FeSiO4/C，但是是否能明显的改进比容量和倍率性能还尚未得到证实[29]。

1.3 金属-有机框架材料概述

近几年来，电化学储能被认为是最有希望的能量储存和能源生产形式，预计会将会淘汰传统汽油工业。然而尽管在电化学领域里有许多改进，但是这些改进总是受到以下几个问题的限制，包括利用率低，电极易粉碎和电化学活性相对较低等。

近期，金属-有机框架材料(MOFs)在这个领域提供了一些突破口。MOF是在20世纪90年代末由Yaghi和Li首先定义的一种高度多孔的材料。这种材料非常轻（可达0.13gcm-3）并且具有非常高的表面积（高达10000m2g-1），具有较大的孔体积和明确的孔径。MOF的表面积远大于其它多孔材料如沸石和碳。由于它们具有高比表面积的框架，其活性物质可以纳入纳米结构的范围，以此来开发材料的全部潜力。密度极低的MOF结构可以将大量的活性纳米物质加载入其框架结构，然而在已经开发出的其他支持材料中是不可能的。MOF是通过有机物和无机物的部分连接形成的一种共价协调联系。其它类型的连接方式例如H键，p-p堆叠和范德华力也可以在形成MOF三维结构中起到一定的作用。图1.3为MOF结构形成示意图。