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文檔簡介
1、Li3V2(PO4)3是聚陰離子型鋰離子電池正極材料的重要代表之一,具有極高的理論放電比容量,而且材料本身充放電電壓高,結構穩(wěn)定,是一種具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ恼龢O材料。本論文將其作為主要研究對象,針對該材料電子導電率低及鋰離子擴散速率慢的缺點,采用了不同的修飾方法對其電化學性能進行改性研究。論文具體研究內容如下:
1、通過冷凍干燥輔助溶膠凝膠法制備了核-殼結構的Li3V2(PO4)3@C電極材料。通過液氮將溶膠凝膠法得到的反應物前
2、驅體溶膠瞬間冷凍,然后轉移至冷凍干燥機中進行低溫冷凍干燥,在此過程中,材料的微觀結構得以良好保持。N2氣氛中焙燒后,得到了碳包覆的均勻核-殼結構的Li3V2(PO4)3@C電極材料。該材料表面具有明顯多孔形貌,且表面包覆一層完整均勻的類石墨化碳層。這既能增加電極材料/電解液之間的接觸面積,又能改善LhV2(PO4)4的導電率。因此,該材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學倍率性能:3-4.3V范圍內,1C下容量能達到116.9 mAh·g-1;即使在大
3、倍率10C和30C下,容量也能分別保持在108和87.5 mAh·g-1。
2、采用原位過程制備了均勻氮摻雜碳包覆修飾的Li3V2(PO4)3電極材料。分別采用檸檬酸和尿素做為碳源和氮源,通過冷凍干燥輔助的溶膠凝膠法制備出均勻氮摻雜碳包覆修飾的Li3V2(PO4)3電極材料。氮元素摻入表面碳包覆層后,提高了碳包覆層的電導率、電化學活性和缺陷度,因此, Li3V2(PO4)3的電化學性能得以進一步改善。該Li3V2(PO4)3/
4、C+N表現(xiàn)出極為優(yōu)異的倍率穩(wěn)定性和循環(huán)性能:當放電倍率從0.5C增大到50C時,Li3V2(PO4)3的放電比容量僅從119.5 mAh·g-1下降到了111 mAh·g-1,容量僅損失了7%。此外,該材料結構極其穩(wěn)定:大倍率下循環(huán)500周后,Li3V2(PO4)3/C+N的晶體結構和表面碳包覆層仍能良好保持。
3、硫摻雜碳包覆修飾Li3V2(PO4)3材料的制備及其電化學性能研究。分別采用檸檬酸和二芐基二硫做為碳源和硫源,通
5、過簡單的溶膠凝膠法,首次實現(xiàn)了硫摻雜碳包覆對Li3V2(PO4)3電極材料的修飾。碳包覆層中C-S鍵的形成,尤其是噻吩型C-S鍵的形成:一方面能夠打破碳碳矩陣的電中性,增加碳層中電荷載流子的數(shù)目,從而提高其導電率;另一方面在碳層中引入了很多缺陷,增加了碳包覆層的活性位點。這有利于提高碳層中電子和Li+的傳輸速度,從而進一步改善了Li3V2(PO4)3電極材料電化學性能。相比于純碳包覆的Li3V2(PO4)3,硫摻雜碳包覆修飾的Li3V2
6、(PO4)3樣品在電壓窗口3-4.3V和3-4.8V范圍內均表現(xiàn)出了更優(yōu)異的電化學循環(huán)和倍率性能。
4、硼摻雜碳包覆修飾技術在鋰離子電池電極材料中的應用及其改性原因分析。通過簡便的溶膠凝膠制備法,首次實現(xiàn)了硼摻雜碳包覆技術對鋰離子電池電極材料的修飾。本文制備了不同硼摻雜量的硼摻雜碳包覆Li3V2(PO4)3樣品,在所有樣品中均存在B4C,BC3,BC2O和BCO2四種摻雜類型。隨著B摻雜量的增加,各LVPC-B樣品的電化學性能
7、先逐漸改善后逐漸惡化;各LVPC-B樣品中BC3類型的摻雜比例先增加后減少。這說明LVPC-B樣品中BC3類型的摻雜比例與電化學性能之間存在著類似的變化趨勢。BC3在改善碳包覆層電導率和電化學活性以及LVPC-B樣品的電化學性能方面有極為重要的作用。相比于純碳包覆的Li3V2(PO4)3,適量硼摻雜碳包覆Li3V2(PO4)3樣品的電化學性能進一步提升:在3-4.3V范圍內,電流密度20C下,LVPC-B50樣品的首次放電比容量為118
8、.4 mAh·g-1,循環(huán)200周后容量幾乎未發(fā)生衰減。此外,B摻雜碳包覆技術在Li4Ti5O12電極材料中也體現(xiàn)出了的極為明顯的修飾作用。
5、表面氮摻雜碳包覆結合體相K+離子摻雜協(xié)同改善Li3V2(PO4)3寬電壓窗口內的電化學性能。采用原位制備過程,實現(xiàn)了表面氮摻雜碳包覆與體相K+摻雜對Li3V2(PO4)3電極材料的共同修飾。一方面表面氮摻雜碳包覆可以提高電極/電解液接觸界面上的電子遷移速率,從而提高電化學反應速率;另
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