鋰離子電池正極材料Li3V2(PO4)3-rGO的合成及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、鋰離子電池憑借其高能量密度和長壽命而被看作是最有效的能量儲(chǔ)存系統(tǒng)之一。在目前已知的鋰離子電池磷酸鹽正極材料當(dāng)中，磷酸釩鋰(LVP)憑借最高的的理論比容量197 mAhg-1（在3-4.8 V的電壓范圍內(nèi)）而被看作是很有潛力的鋰離子電池正極材料?？墒菍?shí)際上，可以獲得的磷酸釩鋰的比容量都低于這一值。這是因?yàn)榱姿徕C鋰的電子電導(dǎo)率很低，很大程度限制了它的能量密度。最近研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯具有良好的電導(dǎo)性和機(jī)械/電化學(xué)穩(wěn)定性，當(dāng)它與電化學(xué)活性物質(zhì)混合

2、時(shí)，可以提高電極材料的比容量和倍率性能。本論文，采用溶膠凝膠結(jié)合高溫煅燒的方法制備了還原氧化石墨烯包覆磷酸釩鋰的復(fù)合材料(LVP/rGO)，以及采用同樣的方法合成了還原氧化石墨烯包覆Li3VO4復(fù)合材料(Li3VO4/rGO）。具體工作如下:
　　首先，采用溶膠凝膠結(jié)合高溫煅燒的方法合成LVP。對(duì)制備的LVP進(jìn)行了XRD及SEM表征，結(jié)果表明:該法合成的樣品為單一相的LVP，顆粒大小約為400 nm。將LVP材料進(jìn)行充放電測(cè)試，結(jié)

3、果表明:在電壓范圍為2-4.2 V，電流密度為0.075C的條件下，材料的首次充、放電比容量為128.2/110.9 mAhg-1，庫倫效率僅為86.5％。材料本身電子電導(dǎo)率低造成了其電化學(xué)性能差，釩的流失也影響了樣品的循環(huán)性能。
　　為了改善LVP的電化學(xué)性能，通過溶膠凝膠-高溫煅燒法合成了不同rGO含量的LVP/rGO復(fù)合物，其中rGO的含量分別為3％、7％、20％、30％。對(duì)制備的復(fù)合物材料進(jìn)行了XRD、SEM表征，結(jié)果表明

4、:隨著rGO含量的增加，XRD特征峰在變寬變?nèi)?，LVP粒徑也在變小。對(duì)合成的材料進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)當(dāng)LVP/rGO復(fù)合物中rGO的含量為7％時(shí)，在電流密度為0.075 C（1 C=132 mAhg-1）、電壓范圍為2～4.2 V，材料具有最佳的電化學(xué)性能，首次放電比容量為141.6 mAhg-1，庫倫效率超過了100％，經(jīng)50次循環(huán)以后，放電比容量仍高達(dá)139.8 mAhg-1（容量保留率為98.7％）。接著對(duì)LVP/rGO(7％

5、)進(jìn)行Raman、XPS測(cè)試，Raman圖譜表明材料ID/IG強(qiáng)度較高的，說明rGO具有較高的紊亂程度。XPS測(cè)試表明，復(fù)合物中存在含氧基團(tuán)。充放電過程中，rGO片不僅起到了阻止LVP顆粒團(tuán)聚作用，還起到了儲(chǔ)存鋰離子作用。rGO良好的導(dǎo)電性能夠增加充放電過程中的電子轉(zhuǎn)移率，從而增強(qiáng)了LVP/rGO復(fù)合物的電化學(xué)性能。
　　其次，還介紹了一種新型鋰離子電池負(fù)極材料Li3VO4，合成方法與前面提到的方法一樣。盡管樣品中釩是+5價(jià)，但是