鋰離子電池正極材料氟化磷酸釩鋰的合成及性能研究.pdf

1、當前，能源與環(huán)境問題越來越嚴峻，綠色與環(huán)保已成為21世紀的發(fā)展主題，開發(fā)清潔可再生的新能源將是全球首要的任務之一。鋰離子電池作為一種新型清潔、可再生的二次能源已獨占筆記本電腦和手機市場，更成為電動汽車(EV/PHEV/HEV)和儲能等領(lǐng)域最有力的競爭者。鋰離子電池材料作為鋰離子電池的關(guān)鍵技術(shù)，已成為了新能源領(lǐng)域的研究重點。本文以鋰離子電池正極材料LiVPO4F為研究對象，首先介紹了鋰離子電池及其常用的正極材料，然后詳細綜述了LiVPO4

2、F正極材料的研究進展，并提出采用球磨助溶膠-凝膠法合成了LiVPO4F，利用碳包覆和銅摻雜對其進行了改性研究。采用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)對LiVPO4F材料的晶體結(jié)構(gòu)和微觀形貌做了表征，采用恒電流測試儀、電化學工作站等對材料的電化學性能進行了測試。
　　 (1)采用球磨助溶膠-凝膠法合成了三斜晶系的鋰離子電池正極材料LiVPO4F，研究了不同煅燒溫度和煅燒時間以及H2O2的濃度對材料的

3、物理性能和電化學性能的影響。結(jié)果表明，隨著煅燒溫度的升高，LiVPO4F正極材料的衍射峰逐漸增強，材料顆粒的形狀也越來越規(guī)整。在相同溫度下，煅燒時間對LiVPO4F的衍射峰強度影響不大，但LiVPO4F晶粒有增大的趨勢。隨著加熱溫度的升高和保溫時間的延長，LiVPO4F的可逆容量先增大后減小。550℃下煅燒4小時能得到顆粒細小、分布均勻的純相正極材料LiVPO4F，其在0.1C倍率的首次充放電容量分別為153.2mAh/g和125.7m

4、Ah/g，庫倫效率為82％。當制備該LiVPO4F樣品的前驅(qū)體使用10％H2O2(v/v)時，材料表現(xiàn)出最佳的電化學性能。
　　 (2)以分別過量15％、25％、35％、45％、55％和65％（質(zhì)量分數(shù)）的乙炔黑為還原劑，采用球磨輔助溶膠-凝膠法在550℃下煅燒4小時合成了碳包覆的鋰離子電池正極材料LiVPO4F。通過結(jié)構(gòu)形貌和電化學性能的表征，結(jié)果表明:隨著乙炔黑百分含量的增加，合成的LiVPO4F的晶體衍射峰有加強的趨勢，顆

5、粒也逐漸減小，趨于球狀。LiVPO4F樣品的可逆容量和電化學阻抗也隨著乙炔黑百分含量的增加先升高后降低。當乙炔黑過量45％時，能得到顆粒細小、分布均勻的正極材料LiVPO4F/C，并表現(xiàn)出最佳的電化學性能。通過對該樣品進行高溫條件下的電化學循環(huán)性能測試，表明該LiVPO4F/C正極材料具有良好的高溫性能，且放電容量較室溫的高，具有良好的循環(huán)壽命。
　　 (3)以乙酸銅為銅源，采用球磨助溶膠-凝膠法在550℃煅燒4小時首次合成了銅

6、摻雜的LiV1-xCuxPO4F/C，其中，銅的摻雜量分別為x=0、0.02、0.04、0.06，研究了不同的Cu2+摻雜量對LiVPO4F/C的晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌、大倍率性能和交流阻抗的影響。結(jié)果表明:Cu2+的摻雜不影響LiVPO4F的晶體結(jié)構(gòu)，且隨著Cu2+摻雜量的增加，LiVPO4F/C樣品的顆粒逐漸增大。當x=0.02時，LiV0.98Cu0.02PO4F/C材料具有最高的放電容量:以2C倍率充放電循環(huán)，樣品的首次放電容量為8