鋰離子電池正極材料Li3V2(PO4)3的合成及其改性研究.pdf

1、本文對(duì)鋰離子電池正極材料Li3V2(PO4)3的合成及其性能改進(jìn)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,介紹了鋰離子電池正極材料的研究現(xiàn)狀,對(duì)不同方法下合成樣品的性能進(jìn)行表征和電化學(xué)測(cè)試分析,并分析對(duì)比了改性前后合成樣品的性能。
　　 以合成的材料作正極,鋰片為負(fù)極組裝成2032型扣式池。用XRD、SEM、TG-DTA分析和激光粒度對(duì)樣品進(jìn)行表征,用恒流充放電測(cè)試、循環(huán)伏安(CV)測(cè)試和電化學(xué)阻抗譜(EIS)測(cè)試研究樣品的電化學(xué)性能。
　　

2、實(shí)驗(yàn)以水合氫氧化鋰(LiOH·H2O)為鋰源,V2O5或NH4VO3為釩源,分別用高溫碳熱還原法和溶膠-凝膠法合成Li3V2(PO4)3正極材料。以導(dǎo)電碳和葡萄糖作碳源用高溫碳熱還原法合成Li3V2(PO4)3正極材料,結(jié)果表明以葡萄糖作為碳源所合成的材料具有更好的電化學(xué)性能,電流密度為1C時(shí),其首次放電比容量為119.5mAh／g,20次循環(huán)后保持在112.7mAh／g。以檸檬酸作螯合劑用溶膠-凝膠法合成Li3V2(PO4)3正極材料

3、,分析了前驅(qū)體預(yù)燒、檸檬酸添加量(nv:n檸檬酸=2:1.5、2:2、2:2.5)、合成溫度(650℃、700℃、50℃)等因素對(duì)材料電化學(xué)性能的影響,結(jié)果表明,原料配比nLi:nv:np:n檸檬酸=3.1:2:3:2時(shí)溶膠-凝膠法合成Li3V2(PO4)3的最佳工藝為:馬弗爐中350℃下預(yù)燒4h,升溫速率為3℃／min,在管式爐中N2保護(hù)下700℃煅燒8h,升溫速率為3℃／min,樣品在0.05C倍率下首次放電比容量為127.4mAh

4、／g,lC倍率下循環(huán)30次后,放電比容量為100.9mAh／g,也保持在首次放電比容量的90％以上。
　　 在Li3V2(PO4)3中摻雜Mg2+、Al3+、Ti4+、Si4+合成改性材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:四種離子的摻雜均能顯著影響Li3V2(PO4)3材料的性能,而且,Ti4+摻雜后生成了LiTi2(PO4)3,改變了Li3V2(PO4)3晶體結(jié)構(gòu)。Mg2+理論摻雜量為0.05時(shí),合成的樣品具有最好的電化學(xué)性能,0.1C倍率下循

5、環(huán)20次,其容量為135mAh／g,容量保持能力在90％以上;Al3+的最佳摻雜量為0.05,樣品在0.2C、0.5C和1C下循環(huán)20次,放電比容量分別為128.9、108.4和105.0 mAh／g；Si4+的最佳摻雜量為0.04,合成的樣品0.05C下首次放電比容量高達(dá)129.9mAh／g,在lC倍率下循環(huán)30次,放電比容量仍為136.4mAh／g；x=0.1時(shí),Ti4+摻雜的樣品具有最佳的電化學(xué)性能,1C倍率下循環(huán)30次,放電比容