鋰離子電池電極材料的合成與性質(zhì)研究.pdf

1、近年來，鋰離子電池因其優(yōu)異的性能，發(fā)展十分迅速。鋰離子電池的優(yōu)異性能在很大程度上取決于正、負極材料、電解質(zhì)和隔膜的選擇和制備，其中正、負極材料顯得尤為重要。目前正極材料研究的熱點主要集中在層狀Li<,x>MO<,2>和尖晶石型Li<,x>Mn<,2>O<,4>結構的化合物上(M∶Co，Ni，Mn，V 等過渡金屬離子)。由于Co的資源有限，導致Li<,x>CoO<,2>類正極材料價格昂貴，具有完整結構的Li<,x>NiO<,2>制備較為困

2、難，Li<,x>Mn<,2>O<,4>在使用過程中容量下降快。鋰釩氧化物類正極材料(Li<,1+x>V<,3>O<,8>等)容量大、價格低，但由于釩的多價態(tài)導致鋰釩氧化物類正極材料制備困難，如果考慮價格、材料的容量、環(huán)保等因素，鋰釩氧化物類正極材料更具有實際使用價值，所以鋰釩氧化物類正極材料被越來越多的研究者認同為是新一代最具發(fā)展?jié)摿Φ匿囯x子電池正極材料。 負極材料的研究重點將朝著高比容量(特別是體積比容量)、高充放電效率、高循

3、環(huán)性能和較低的成本方向發(fā)展，實用性負極材料的比容量將突破LiC<,6>理論比容量(372mAh·g<'-1>)。近年來，納米材料科學的發(fā)展給負極材料帶來了希望。我們知道，納米材料具有較大的比表面積，較小的粒子半徑。在我們的電池中，電極材料如采用納米材料，鋰離子便可以在更多的位置同內(nèi)部原子或分子發(fā)生反應，向內(nèi)部擴散的路徑從而大大縮短，所有這些因素必然使納米材料具有良好的動力學性質(zhì)。因此，可以預見納米層狀負極材料是未來負極材料研究熱點。

4、 本文采用流變相法合成了LiV<,3>O<,8>、摻雜改性的化合物Li<,1-3x>Y<,x>V<,3>O<,8>(x=0.02,0.04,0.06)以及納米WS<,2>和MoS<,2>電極材料。用XRD方法對所得的目標化合物的晶體結構了表征，用TEM技術觀察了晶體顆粒的大小和形貌。同時對該這些化合物的電化學性質(zhì)進行測試，實驗結果表明：用流變相法首次合成的LiV<,3>O<,8>、Li<,0.82>Y<,0.06>V<,3>O<,8

5、>、納米WS<,2>和MoS<,2>材料具有獨特電化學性質(zhì)，使其有望成為有潛力的鋰離子電池電極材料。(1)通過流變相反應，以LiOH和V<,2>O<,5>為反應物，在低溫條件下制備了LiV<,3>O<,8>，在1.5～3.85 V范圍內(nèi)，LiV<,3>O<,8>的初始放電容量為255mAh/g，經(jīng)過三次放電后，電池得到活化，放電容量達到276 mAh/g。在經(jīng)過循環(huán)23次后放電比容量仍在230 mAh/g。容量衰減9％。(2)采用流變相

6、方法，成功地合成了摻雜釔后的化合物Li<,1-3x>Y<,x>V<,3>O<,8>(x=0.02，0.04，0.06)，摻雜稀土釔后的仍屬層狀結構，擴大了LiV<,3>O<,8>結構中的層面間距離，對于鋰離子的嵌入與脫出以及改善其電流倍率性能十分有利。正極材料LiV<,3>O<,8>摻雜Y<'3+>后，容量降低，且容量隨摻雜量的提高而下降，但摻雜Y<'3+>可以使該材料作為正極時的循環(huán)性能得到有效的改善。綜合容量和循環(huán)性能等因素考慮，L

7、i<,1-3x>Y<,x>V<,3>O<,8>(x=0.06)化合物的電化學性能最佳，在充放電過程中具有較好的循環(huán)可逆性?？梢?，摻雜釔后的化合物Li<,1-3x>Y<,x>V<,3>O<,8>是具有應用前景的鋰離子電池正極材料。(3)流變相法制備出的灰黑色粉末屬于2H-MoS<,2>結構的納米片，并部分形成納米管，平均直徑為240nm，產(chǎn)物屬六方晶系，a=0.3125nm c=1.2302nm。電化學測試表明，當電池以60mA/g電流密

8、度充放電，電壓范圍為3～0.01伏內(nèi)循環(huán)時，首次放電容量為1174.7mAh/g，可逆容量為851.5mAh/g。表現(xiàn)良好的放電性能，并對MoS<,2>構米材料的儲鋰機理進行了探討。該材料獨特的電化學性能有望應用于鋰離子電池負極材料。(4)用流變相反應方法，成功地合成了WS<,2>，該化合物屬于六方晶系，該材料形貌為納米片，并部分形成納米管。由于該材料具有較高的比容量，而且具有良好的循環(huán)性能(經(jīng)過20次循環(huán)后充電容量還保持在680mAh