鋰離子電池正極材料Li-,3-V-,2-(PO-,4-)-,3-的合成及改性研究.pdf

1、Li3V2(PO4)3具有原材料來源豐富、比容量高、工作電壓高、安全性能好等特點(diǎn),有望替代市場(chǎng)主流材料LiCoO2以及新型動(dòng)力鋰離子電池材料LiMn2O4、LiFePO4成為下一代的鋰離子電池正極材料。但是材料本身的三維結(jié)構(gòu)限制了其電導(dǎo)率較低,使其倍率性能和循環(huán)性能受到影響而表現(xiàn)不佳；且現(xiàn)有的制備方法也存在操作繁復(fù)、制備產(chǎn)品粒徑過大、雜質(zhì)多等一系列問題。因此,要實(shí)現(xiàn)材料的商品化,解決這兩方面問題是關(guān)鍵。
　　 本文探索出了一種快

2、速溶膠凝膠法,將溶膠凝膠法制備Li3V2(PO4)3材料的總時(shí)間縮至約16h。研究表明,在850℃焙燒下4h得到結(jié)晶良好、無雜質(zhì)且性能最優(yōu)的純相Li3V2(PO4)3,0.1C的倍率下首次放電比容量為138mAh/g,對(duì)應(yīng)的庫倫效率高達(dá)97.3％。交流阻抗測(cè)試顯示材料的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct約為670Ω。
　　 以PEG(M=10000)&Superp(質(zhì)量比為1:1)為碳源對(duì)Li3V2(PO4)3進(jìn)行了包覆改性。研究表明,含量在2

3、.29％-10.44％之內(nèi)的碳源不會(huì)影響單斜晶系Li3V2(PO4)3的晶體結(jié)構(gòu)。改性后,材料顆粒的平均粒徑由純相Li3V2(PO4)3的900nm降至約600nm,且分布更均勻,團(tuán)聚情況得到很好地改善；SEM圖中可觀察到納米碳顆粒包覆在Li3V2(PO4)3顆粒表面,甚至形成鏈狀或網(wǎng)狀的導(dǎo)電碳層。碳含量為3.79％時(shí),材料性能最優(yōu),具有最高的放電比容量,為173mAh/g(3.0-4.8V,0.1C),30個(gè)充放電循環(huán)后的容量保持率達(dá)

4、到90％,材料的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct由純相的670Ω降至200Ω,得到極大的改善,從而表現(xiàn)出很好的倍率性能和循環(huán)性能。0.25C、1C測(cè)試時(shí),該樣品60個(gè)充放電循環(huán)后的容量保持率均可達(dá)到80％,在5C的大倍率測(cè)試下,60個(gè)循環(huán)的容量保持率仍有78％。尤其是在3.0-4.3V的電壓區(qū)間內(nèi),該樣品在1C、5C的倍率下測(cè)試,最高放電比容量分別為138.2mAh/g和106mAh/g,60個(gè)循環(huán)的容量保持率卻高達(dá)93％和92％。
　　 以

5、B為摻雜元素,對(duì)材料進(jìn)行了體相摻雜改性,合成了Li3V2-xBx(PO4)3/C(x=0,0.1,0.15,0.2,0.25,0.3)系列樣品。研究表明,x<3的Li3V2-xBx(PO4)3/C材料不會(huì)改變Li3V2(PO4)3的晶體結(jié)構(gòu),保持無雜質(zhì)、單斜Li3V2(PO4)3結(jié)構(gòu)；但是隨著B摻雜量增大,x=0.25、0.3時(shí),材料開始出現(xiàn)雜質(zhì)峰。改性后的材料團(tuán)聚情況減少,但是當(dāng)x=0.25、0.3時(shí),樣品的SEM照片顯示出大顆粒材料