新型鋰離子電池負(fù)極材料Li3VO4電化學(xué)性能優(yōu)化研究.pdf

1、Li3VO4是一種新型嵌入/脫嵌型負(fù)極材料，相比于商業(yè)化的石墨和Li4Ti5O12兼具高能量密度、高安全性能的優(yōu)勢，在鋰離子電池中極具應(yīng)用價(jià)值。然而，Li3VO4電子導(dǎo)電性較差，致使其電化學(xué)性能不理想，限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。本論文圍繞增強(qiáng)Li3VO4導(dǎo)電性展開一系列改性研究工作，顯著提升了其電化學(xué)性能。研究結(jié)論及成果如下：
　　通過原位沉積的方式制備了Li3VO4/NiO/Ni復(fù)合材料。研究結(jié)果表明：Li3VO4和NiO之間因具有

2、相近的充放電電位有很好的電化學(xué)兼容性，在前幾次循環(huán)過程中Li3VO4和NiO在形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)上協(xié)同演變，形成了穩(wěn)定多孔的二次形貌。電化學(xué)測試表明，在70 mAg-1的電流密度下，Li3VO4/NiO/Ni電極材料首次充放電比容量分別為631和860 mAh g-1，100次循環(huán)后其充放電比容量仍能保持在604和612 mAh g-1，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能和容量保持率。
　　通過水熱和固相燒結(jié)法將氮摻雜石墨烯和氮摻雜碳引入Li3VO

3、4，制備了Li3VO4/氮摻雜石墨烯以及Li3VO4/氮摻雜碳復(fù)合材料，氮摻雜石墨烯和氮摻雜碳的引入顯著改善了Li3VO4的電子導(dǎo)電性。電化學(xué)測試表明，Li3VO4/氮摻雜石墨烯電極以及Li3VO4/氮摻雜碳電極均表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。
　　通過中間液相引碳的方式制備了Li3VO4與C在納米尺度均勻復(fù)合的Li3VO4/C復(fù)合材料，首次獲得了接近Li3VO4理論容量的穩(wěn)定循環(huán)。研究結(jié)果表明：Li3VO4/C電極在前幾次循環(huán)過程中通

4、過電化學(xué)重構(gòu)形成了Li3VO4納米晶粒均勻鑲嵌在C納米片上二次結(jié)構(gòu)，具有很高的儲(chǔ)鋰性能、很好的導(dǎo)電性以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在150 mA g-1的電流密度下，首次充放電比容量分別為594和839 mAh g-1，經(jīng)過300次循環(huán)后其充放電比容量分別均保持在549和550 mAh g-1；在2000 mA g-1電流密度下，首次充放電比容量分別為412和550 mAh g-1，經(jīng)過1000次循環(huán)后充放電比容量分別為421和422 mAh g-1

5、，容量基本無衰減，表現(xiàn)出優(yōu)異電化學(xué)性能。
　　通過復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)筑了分等級(jí)多孔結(jié)構(gòu)的Li3VO4/C-Ni復(fù)合材料，電化學(xué)測試表明：Li3VO4/C-Ni電極在10 C電流密度下，首次充放電比容量分別為265和315 mAh g-1，經(jīng)過2000次循環(huán)后其充放電比容量均保持在325 mAh g-1，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能和容量保持率；同時(shí)，以Li3VO4/C-Ni復(fù)合材料作為負(fù)極，商業(yè)化的LiFePO4作為正極組裝的全電池也表現(xiàn)出較