磷酸釩鋰正極材料的設(shè)計(jì)構(gòu)筑及其電化學(xué)性能.pdf

1、鋰離子電池由于具有高工作電壓、高比能量和長循環(huán)壽命等優(yōu)點(diǎn)，在便攜式電子設(shè)備市場中占據(jù)了主導(dǎo)地位，并且有望應(yīng)用于動(dòng)力汽車和混合動(dòng)力汽車領(lǐng)域。近年來，人們在開發(fā)新的鋰離子電池正極材料的過程中，發(fā)現(xiàn)了單斜結(jié)構(gòu)的磷酸釩鋰(α-Li3V2(PO4)3)，它是一種典型的鈉超離子導(dǎo)體化合物，展現(xiàn)出三維網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)。具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、氧化還原電位高、理論放電比容量高、高低溫性能好、熱穩(wěn)定性及循環(huán)性能優(yōu)異、環(huán)境適應(yīng)性好、釩礦資源豐富以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，被

2、認(rèn)為是很有發(fā)展?jié)摿Φ匿囯x子電池正極材料之一。
　　本文以單斜結(jié)構(gòu)的磷酸釩鋰為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)構(gòu)筑了LisV2(PO4)3/C異質(zhì)介孔納米線，確定了Li3V2(PO4)3/C異質(zhì)介孔納米線的最佳煅燒溫度。同時(shí)制備了Li3V2(PO4)3/C及Li3V2(PO4)3顆粒，從而進(jìn)一步探索了LisV2(PO4)3/C異質(zhì)介孔納米線的形成機(jī)理。最后，分別以Li3V2(PO4)3/C異質(zhì)介孔納米線、Li3V2(PO4)3/C、LisV2(PO4

3、)3顆粒為電極活性材料，對(duì)其有機(jī)電解液鋰離子電池進(jìn)行了電化學(xué)性能測試，通過對(duì)其結(jié)構(gòu)的表征和電化學(xué)性能的測試，探索了材料結(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在規(guī)律及碳包覆對(duì)材料電化學(xué)性能的影響，為發(fā)展高性能磷酸釩鋰鋰離子動(dòng)力電池正極材料奠定基礎(chǔ)。本文主要研究成果如下:
　　1.以草酸為還原劑、CTAB為表面活性劑，利用一步水熱法和氣氛煅燒設(shè)計(jì)構(gòu)筑了LisV2(PO4)3/C異質(zhì)介孔納米線。同時(shí)制備了Li3V2(PO4)3/C、Li3V2(PO4)3顆

4、粒。采用XRD、SEM、TEM、BET、TG/DSC及拉曼等手段對(duì)所制備的產(chǎn)物進(jìn)行表征，確定了磷酸釩鋰的最佳煅燒溫度，并且提出了Li3V2(PO4)3/C異質(zhì)介孔納米線的形成機(jī)理。
　　2.以Li3V2(PO4)3/C異質(zhì)介孔納米線、Li3V2(PO4)3/C、Li3V2(PO4)3顆?；钚圆牧蠟檎龢O，鋰片為負(fù)極，組裝成有機(jī)電解液鋰離子電池，利用CV、EIS及恒流充放電對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)性能測試。在3-4.3 V的電位區(qū)間范圍內(nèi)，這種

5、Li3V2(PO4)3/C異質(zhì)介孔納米線展現(xiàn)出最為優(yōu)異的電化學(xué)性能，首次放電比容量高達(dá)128.6 mAh/g(0.5C)，接近了其理論放電比容量;甚至在5C的電流密度下充放電時(shí)，循環(huán)3000次后容量仍然達(dá)94.2 mAh/g，為首次容量的80％。當(dāng)在3-4.8 V的電位區(qū)間范圍內(nèi)時(shí)，利用恒流充放電對(duì)Li3V2(PO4)3/C異質(zhì)介孔納米線進(jìn)行電化學(xué)測試時(shí)，樣品具有倍率特性好、放電比容量高、穩(wěn)定性好及循環(huán)壽命長等特點(diǎn)。
　　3.在3

6、-4.3 V的電位區(qū)間范圍內(nèi)，對(duì)Li3V2(PO4)3/C異質(zhì)介孔納米線在高溫和低溫下進(jìn)行電化學(xué)性能測試，結(jié)果表明:在60℃的高溫時(shí)，0.5 C的電流密度下首次放電比容量高達(dá)153.4 mAh/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其理論放電比容量，5C的電流密度下，首次放電比容量可達(dá)121.2 mAh/g，100次循環(huán)后容量仍然達(dá)到116.8 mAh/g;-20℃的低溫時(shí)，5C的電流密度下，首次放電比容量高達(dá)111.9mAh/g，300次循環(huán)后容量為105.