聚陰離子型鋰離子電池正極材料Li3V2(PO4)3的合成及性能研究.pdf

1、本文較為詳細地綜述了鋰離子電池正極材料的研究現(xiàn)狀,并以聚陰離子型正極材料Li3V2(PO4)3作為鋰離子電池正極材料的研究目標,較為系統(tǒng)地進行了合成工藝、結構表征以及電化學性能的研究。采用濕化學還原。低溫熱處理合成Li3V2(PO4)3,詳細研究了不同燒結溫度、燒結時間、研磨方式和碳源等合成條件對Li3V2(PO4)3的物理性能和電化學性能的影響。結果表明:隨著燒結溫度從650℃升到750℃,Li3V2(PO4)3一次顆粒逐漸長大和完美

2、,但溫度過高升到750℃時呈現(xiàn)出過燒現(xiàn)象。不同條件下合成Li3V2(PO4)3的充放電曲線相似,但電化學性能差異較大。燒結溫度700℃,燒結時間20h,研磨方式為球磨,采用蔗糖作為碳源時合成出的Li3V2(PO4)3電化學性能比較理想。該樣品以0.2C倍率充放電,首次充、放電容量分別為127.8、121.8mAh·g-1,循環(huán)30次后容量為109.6mAh·g-1,衰減率為10％。分別以鈦酸丁酯和檸檬酸為有機螯合物和碳源,采用不同的溶膠

3、-凝膠法合成了Li3V2(PO4)3樣品。研究了鈦酸丁酯對合成Li3V2(PO4)3樣品的物理性能和電化學性能的影響,并且通過不同方法的對比研究了鈦酸丁酯的作用機理。XRD研究表明,采用鈦酸丁酯合成的Li3V2(PO4)3樣品的衍射峰比采用檸檬酸合成的Li3V2(PO4)3樣品相對較弱,電化學性能相對更好。這是由于鈦酸丁酯中含有金屬元素Ti,Ti起到了金屬摻雜的作用。當合成條件pH=9,燒結溫度650℃,燒結時間12h,以鈦酸丁酯為有機

4、螯合物和碳源,合成的Li3V2(PO4)3樣品電化學性能比較理想。該樣品以0.2C倍率充放電,樣品的首次充、放電容量分別為144mAh·g-1和133.8mAh·g-1,循環(huán)30次后的容量122.5mAh·g-1,衰減率為7.9％。以PEG-400為納米結構控制劑和碳源,采用流變相法合成Li3V2(PO4)3樣品。燒結溫度750℃,燒結時間12h合成的Li3V2(PO4)3樣品一次顆粒較小、粒度分布均勻且電化學性能較好。該樣品以0.2C

5、倍率充放電,樣品的首次充、放電容量分別為156.1、148.5 mAh·g-1,循環(huán)30次后容量為142.3mAh·g-1,樣品的衰減率為4.2％。交流阻抗研究發(fā)現(xiàn),合成的Li3V2(PO4)3樣品電化學阻抗相對最小。對Li3V2(PO4)3樣品進行循環(huán)伏安研究,結果表明Li3V2(PO4)3的循環(huán)伏安曲線上分別在4.13V、3.72V和3.65V產(chǎn)生了三個氧化峰,在3.99V、3.61V和3.5V產(chǎn)生了相應的三個還原峰。顯然,測試研究