鋰離子電池正極材料LiV-,3-O-,8-的合成與性能研究.pdf

1、與LiCoO2等傳統(tǒng)的鋰離子電池正極材料正比，LiV3O8具有價格便宜、比容量大等優(yōu)點，是前景很好的鋰離子電池正極材料。然而，由于LiV3O8材料的循環(huán)穩(wěn)定性差、充放電平臺較多，材料的應用還有一定困難?；诖?，本文研究了LiV3O8材料的制備和改進方法。
　　 LiV3O8的經(jīng)典合成方法一高溫固相法是在熔融的條件下進行的。這種方法很難控制鋰和釩的化學計量比，并且產(chǎn)物的性能也不好。本文采用雙氧水溶膠凝膠法制備了具有高的相純度的Li

2、V3O8材料，對此方法的合成條件進行了優(yōu)化。并對此材料進行了摻雜改性，制備了LiV3-2xNixMnxO8(x=0.000，0.025，0.050，0.075，0.100)系列材料，并采用XRD、SEM、恒流充放電、循環(huán)伏安等測試手段研究了Ni2+、Mn4+共摻雜對LiV3O8結(jié)構(gòu)及電化學性能的影響。研究表明，摻雜后材料的電化學性能有了明顯的改善，材料的循環(huán)性能有了明顯的提高，具有較好的電化學可逆性以及較小的電荷傳遞阻抗。
　　

3、 表面包覆/修飾是對鋰離子電池正極材料進行改性的重要手段之一。AlPO4是常見的包覆材料之一。本文以雙氧水溶膠凝膠法制備的LiV3O8材料為基體，首次制備了包覆不同量AlPO4納米線的LiV3O8材料。采用XRD測試研究了包覆對材料結(jié)構(gòu)的影響。采用SEM以及TEM測試對材料的形貌進行了表征，結(jié)果表明LiV3O8材料被成功地包覆了AlPO4納米線，當AlPO4包覆量為1.0wt.％時，材料的表面被AlPO4納米線包覆得最為均勻。AlPO4

4、包覆能明顯地改善材料的電化學性能。包覆后的材料的放電比容量雖有所降低，但循環(huán)性能提高顯著，特別是包覆量為1.0wt.％時，循環(huán)性能最好。CV測試表明，適量的AlPO4納米線包覆能減少材料充放電時的相變，使材料具有更好的電化學可逆性。此外，AlPO4納米線包覆還有效地抑制了循環(huán)過程中材料電荷傳遞阻抗的增加。
　　 檸檬酸溶膠凝膠法是制備鋰離子電池正極材料常用的方法之一。采用此方法合成LiV3O8材料所需的熱處理溫度雖然比固相法低，

5、但仍需在400℃以上。本文在合成過程中加入適量硝酸對此方法進行了改進。改進后的檸檬酸溶膠凝膠法在300℃下熱處理即可得到性能優(yōu)良的LiV3O8材料。采用TG、XRD、SEM、恒流充放電、CV、EIS等測試手段對改進后的檸檬酸溶膠凝膠法與傳統(tǒng)的檸檬酸溶膠凝膠法進行了比較研究。研究發(fā)現(xiàn)，采用改進后的方法能在較低的溫度下得到性能更優(yōu)良的LiV3O8材料。
　　 水/溶熱法是合成鋰離子電池正極材料的新興方法之一。本文首次采用環(huán)己烷為溶劑

6、的溶熱法合成LiV3O8材料。對溶熱處理過程中前驅(qū)體的變化以及反應溫度對合成樣品電化學性能的影響進行了研究。結(jié)果表明，溶熱處理7天后，原料反應最為完全，得到的前驅(qū)體最易得到目標產(chǎn)物。將此前驅(qū)體在300℃下熱處理6 h后得到的樣品電化學性能最好。首次放電比容量較高，為302.5mAh/g，循環(huán)性能最好，50周后容量仍有248.6 mAh/g。并將溶熱法與固相法進行了比較研究。結(jié)果表明，相對于固相法而言，采用溶熱法制備的LiV3O8材料電化