鋰離子電池正極材料Li3V2(PO4)3的制備和改性研究.pdf

1、鋰離子電池是必不可少的儲(chǔ)能電源，正是有了它的存在，才使得人們能夠隨時(shí)隨地分享信息以及相互聯(lián)系。由于對(duì)不間斷能源性能的需求上升，人們需要在行業(yè)和學(xué)術(shù)界克服相應(yīng)的挑戰(zhàn)。鋰離子電池的應(yīng)用極大地促進(jìn)了能源的發(fā)展，成為了一種具有新性能、節(jié)能型、清潔型的新一代電池。在鋰離子電池中，正極材料扮演著非常重要的角色，其性能的好壞決定了能量密度的高低，尤其是Li3V2(PO4)3正極材料備受關(guān)注。由于這種材料的優(yōu)點(diǎn)居多，如理論比容量(197mAh/g)、結(jié)

2、構(gòu)穩(wěn)定以及其電壓高、成本低，故有望可以代替LiCoO2，成為具有發(fā)展力的正極材料。
　　本論文的研究對(duì)象是Li3V2(PO4)3正極材料，制備方法是溶膠-凝膠法和水熱法。采用XRD、SEM、LAND對(duì)材料進(jìn)行表征以及電化學(xué)性能研究，通過(guò)做一系列的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，找出最理想的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改性。其主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)采用水熱法制備了Li3V2(PO4)3/C:①研究了在相同煅燒溫度，不同水熱溫度下Li3V2(

3、PO4)3/C材料的微觀結(jié)構(gòu)的差異以及Li3V2(PO4)3/C材料形貌的變化。隨著水熱溫度的升高，晶化越趨向于完全，顆粒分散性較好且晶粒尺寸變得均一。②研究了在相同的水熱溫度，不同煅燒溫度下Li3V2(PO4)3/C材料微觀結(jié)構(gòu)及其形貌的變化。隨著煅燒溫度的升高，樣品溫度在750℃時(shí)呈現(xiàn)出球形形貌，且尺寸大小適中，晶粒粒徑分布較為均勻，說(shuō)明這個(gè)溫度段制備的樣品結(jié)晶度較好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)煅燒溫度為750℃，水熱溫度為160℃時(shí)所得樣品的

4、綜合電化學(xué)性能最優(yōu)，Li3V2(PO4)3/C的首次放電比容量為113.7mAh/g，經(jīng)過(guò)40次充放電循環(huán)結(jié)束后，容量保持在103.4 mAh/g，容量保持率為90.9％。
　　(2)用葡萄糖作為碳源包覆Li3V2(PO4)3，通過(guò)對(duì)比可以得出當(dāng)葡萄糖含量為10％wt時(shí)，其首次放電容量相比于其它樣品顯示最高，達(dá)到127.3 mAh/g。經(jīng)過(guò)40次充放電循環(huán)結(jié)束后，其容量保持率為92.3％，容量仍保持在117.5 mAh/g。

5、>　　(3)采用溶膠-凝膠法制備Cr3+摻雜的Li3V2-xCrx(PO4)3/C(x=0，0.10，0.15，0.20)，得出當(dāng)x=0.10時(shí)，制得的摻雜樣品的首次放電比容量相比于其它材料來(lái)說(shuō)最高，經(jīng)40次充放電循環(huán)結(jié)束后容量保持率稍低于x=0.20時(shí)制得的材料，將容量保持率和比容量?jī)烧呔C合起來(lái)考慮，可得出當(dāng)x=0.10時(shí)制得的Cr3+摻雜樣品的電化學(xué)性能是比較好的。
　　(4)采用溶膠-凝膠法制備Ba2+摻雜Li3V2-xBa

6、x(PO4)3/C(x=0，0.10，0.15，0.20)，得出當(dāng)x=0.10，制得的樣品的首次放電比容量以及經(jīng)40次充放電循環(huán)結(jié)束后容量保持率都高于其它的材料。將容量保持率和比容量?jī)烧呔C合起來(lái)考慮，可得出當(dāng)x=0.10時(shí)制得的樣品Li3V1.9Ba01(PO4)3/C材料的性能最佳。
　　(5)采用溶膠-凝膠法制備不同碳包覆的磷酸釩鋰，得出以蔗糖為碳源制得的樣品首次放電比容量最高，經(jīng)40次充放電循環(huán)結(jié)束后容量保持率也高于其它兩種

7、碳源所制得的樣品，綜合比容量和容量保持率，制備碳包覆的Li3V2(PO4)3的最佳碳源是蔗糖。
　　(6)采用溶膠-凝膠法制備Li3V2(PO4)3前驅(qū)體，然后將相同質(zhì)量的碳納米管以及乙炔黑分別加入到前驅(qū)體中超聲分散，經(jīng)過(guò)750℃煅燒后得到了單斜結(jié)構(gòu)的Li3V2(PO4)3復(fù)合材料。得出Li3V2(PO4)3和乙炔黑復(fù)合材料的性能提高的不太明顯，主要原因是它們之間的反應(yīng)是以點(diǎn)接觸方式進(jìn)行的，使得晶粒的生長(zhǎng)受到抑制，進(jìn)而導(dǎo)電性也受到