新型鋰離子電池負極材料Li3VO4電化學性能優(yōu)化研究.pdf

1、Li3VO4是一種新型嵌入/脫嵌型負極材料，相比于商業(yè)化的石墨和Li4Ti5O12兼具高能量密度、高安全性能的優(yōu)勢，在鋰離子電池中極具應用價值。然而，Li3VO4電子導電性較差，致使其電化學性能不理想，限制了其進一步的應用。本論文圍繞增強Li3VO4導電性展開一系列改性研究工作，顯著提升了其電化學性能。研究結論及成果如下：
　　通過原位沉積的方式制備了Li3VO4/NiO/Ni復合材料。研究結果表明：Li3VO4和NiO之間因具有

2、相近的充放電電位有很好的電化學兼容性，在前幾次循環(huán)過程中Li3VO4和NiO在形態(tài)和微觀結構上協(xié)同演變，形成了穩(wěn)定多孔的二次形貌。電化學測試表明，在70 mAg-1的電流密度下，Li3VO4/NiO/Ni電極材料首次充放電比容量分別為631和860 mAh g-1，100次循環(huán)后其充放電比容量仍能保持在604和612 mAh g-1，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能和容量保持率。
　　通過水熱和固相燒結法將氮摻雜石墨烯和氮摻雜碳引入Li3VO

3、4，制備了Li3VO4/氮摻雜石墨烯以及Li3VO4/氮摻雜碳復合材料，氮摻雜石墨烯和氮摻雜碳的引入顯著改善了Li3VO4的電子導電性。電化學測試表明，Li3VO4/氮摻雜石墨烯電極以及Li3VO4/氮摻雜碳電極均表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。
　　通過中間液相引碳的方式制備了Li3VO4與C在納米尺度均勻復合的Li3VO4/C復合材料，首次獲得了接近Li3VO4理論容量的穩(wěn)定循環(huán)。研究結果表明：Li3VO4/C電極在前幾次循環(huán)過程中通

4、過電化學重構形成了Li3VO4納米晶粒均勻鑲嵌在C納米片上二次結構，具有很高的儲鋰性能、很好的導電性以及結構穩(wěn)定性。在150 mA g-1的電流密度下，首次充放電比容量分別為594和839 mAh g-1，經(jīng)過300次循環(huán)后其充放電比容量分別均保持在549和550 mAh g-1；在2000 mA g-1電流密度下，首次充放電比容量分別為412和550 mAh g-1，經(jīng)過1000次循環(huán)后充放電比容量分別為421和422 mAh g-1

5、，容量基本無衰減，表現(xiàn)出優(yōu)異電化學性能。
　　通過復合結構設計構筑了分等級多孔結構的Li3VO4/C-Ni復合材料，電化學測試表明：Li3VO4/C-Ni電極在10 C電流密度下，首次充放電比容量分別為265和315 mAh g-1，經(jīng)過2000次循環(huán)后其充放電比容量均保持在325 mAh g-1，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能和容量保持率；同時，以Li3VO4/C-Ni復合材料作為負極，商業(yè)化的LiFePO4作為正極組裝的全電池也表現(xiàn)出較