稀有元素摻雜對Li3V2(PO4)3正極材料性能的影響.pdf

1、Li3V2(PO4)3作為當今較新型的鋰離子電池正極材料之一，在大容量動力鋰離子電池研發(fā)方面其擁有巨大的應用潛力。研究表明，Li3V2(PO4)3跟LiCoO2的放電平臺和能量密度相同，但是其安全性以及熱穩(wěn)定性要遠遠優(yōu)于LiCoO2，LiMn2O4和LiFePO4。較之LiFePO4等其他的鋰離子電池正極材料，單斜晶系的Li3V2(PO4)3化合物擁有更高的Li+離子擴散系數(shù)及更高的放電電壓(3.6V，4.1V和4.6V)和能量密度(用

2、碳包覆后為2330mWh/cm3)。但是單斜結(jié)構(gòu)的Li3V2(PO4)3具有較低的電子電導率和較差的高倍率充放電能力，且現(xiàn)有的制備方法也存在操作繁復、制備產(chǎn)品粒徑過大、雜質(zhì)多等系列問題，以致該材料的大規(guī)模商品化生產(chǎn)受到了極大的限制。因此，本文采用一種新型的微波輔助溶膠凝膠法合成了單斜晶的Li3V2(PO4)3，并通過稀有元素摻雜的方法對其進行改性，大大縮短了反應時間，優(yōu)化了材料的電化學性能。具體內(nèi)容如下:
　　 第一章簡要地介紹

3、了鋰離子電池的發(fā)展史和分類;鋰離子電池的結(jié)構(gòu)及工作原理;并綜述了磷酸釩鋰正極材料的研究進展。
　　 第二章主要介紹了論文中所用到的實驗方法和儀器，并對電池的組裝和常用的結(jié)構(gòu)，電化學測試手段及正極片的的制備等進行了詳細的闡述。
　　 第三章介紹了微波輔助溶膠-凝膠法合成Li3V2(PO4)3/C的實驗過程并探索了各相關(guān)參數(shù)及最佳實驗條件。實驗以Li2CO3為鋰源、V2O5為釩源、NH4H2PO4為磷源，檸檬酸為碳源和螯合劑

4、，在溶膠-凝膠法的基礎上輔助以微波法合成了單斜晶的Li3V2(PO4)3/C。研究表明，在400W下微波10min可以得到結(jié)晶良好、無雜質(zhì)且性能最優(yōu)的純相Li3V2(PO4)3/C，其在0.2C的倍率下首次放電比容量為166.4mAh/g，對應的庫倫效率高達94.1％。
　　 第四章以微波輔助溶膠-凝膠法合成Ce摻雜的Li3V2-x Cex(PO4)3/C(x=0，0.01，0.02，0.03，0.05，0.10)。并利用熱重(

5、TG-DTA)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、電化學工作站等測試手段對材料進行測試，以研究摻入Ce對Li3V2(PO4)3/C結(jié)構(gòu)及電化學能的影響，并得出其最佳摻雜量x=0.02。結(jié)果表明，在3.0～4.8V電壓范圍內(nèi)以0.2C的放電倍率進行放電時，Li3V1.98Ce0.02(PO4)3/C的首次充電比容量為191.8mAh/g，放電比容量可達180.7mAh/g。100個循環(huán)后，Li3V1.98Ce0.02(PO

6、4)3/C的放電比容量仍保持在174.6 mAh/g，容量保持率為96.6％。
　　 第五章同樣以微波輔助溶膠-凝膠法合成La摻雜的Li3V2-x Lax(PO4)3/C(x=0，0.05，0.1，0.15，0.20)系列化合物，并用相同的測試手段對其進行物理和化學測試，得出其最佳摻雜量為x=0.1，此時其在3.0～4.8V電壓范圍內(nèi)以0.2C的放電倍率進行放電的首次放電比容量可達177.8 mAh/g，庫倫效率為96.3％。5