鋰離子電池正極材料Li3V2(PO4)3和LiFePO4的制備與性能研究.pdf

1、滂壓斜技大學(xué)論文題目：鋰離子電池正極材料Li3V2(P04)3和LiFeP04的制備與性能研究學(xué)科門類：工學(xué)一級學(xué)科：材料學(xué)培養(yǎng)單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生：夏傲導(dǎo)師：黃劍鋒教授2014年10月鋰離子電池正極材料Li3V2(P04)3和LiFeP04的制備與性能研究摘要單斜結(jié)構(gòu)Li3V2(P04)3和橄欖石型LiFeP04是聚陰離子型正極材料中的典型代表，他們的容量高、電壓高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、循環(huán)性能優(yōu)良并且安全無毒，因此被認(rèn)為是非常具有發(fā)

2、展前景的正極材料。然而，這兩種材料均存在電子電子電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散速率低的缺點(diǎn)，從而難以商品化。如何解決這一問題并提高材料的電化學(xué)性能是這兩種材料的研究熱點(diǎn)。本文采用溶膠凝膠法分別合成了Li3V2(V04)3／C復(fù)合材料和Li3WxV2x(P04)3／C復(fù)合材料，采用微波水熱法直接合成出了LiFeP04正極材料。借助XRD、SEM、TEM、XPS、EDS等測試手段對材料的物相組成、微觀結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了分析，采用恒流充放電技術(shù)、循環(huán)伏安法

3、(CV)和電化學(xué)阻抗譜(EIS)技術(shù)測試了材料的電化學(xué)性能，并計(jì)算了鋰離子擴(kuò)散系數(shù)。研究了合成工藝、摻雜、表面改性對材料物理性能和電化學(xué)性能的影響。以NH4V03、LiOHH20、H3P04和檸檬酸為原料，采用溶膠一凝膠法制備了Li3V2(P04)3／C復(fù)合材料，其中Li3V2(P04)3具有單斜結(jié)構(gòu)，由檸檬酸高溫裂解生成的碳以非晶態(tài)形式存在。研究了煅燒溫度和煅燒時(shí)間對Li3V2(P04)3／C復(fù)合材料的組成、結(jié)構(gòu)、微觀形貌和電化學(xué)性能

4、的影響。煅燒溫度過低或者時(shí)間過短，Li3V2(P04)3的晶相發(fā)育不完全、純度低，從而導(dǎo)致電化學(xué)性能較差。煅燒溫度過高或者時(shí)間過長，Li3V2(v04)3晶體過大、顆粒團(tuán)聚變得嚴(yán)重，不利于鋰離子的擴(kuò)散，也對電化學(xué)性能造成不利的影響。本實(shí)驗(yàn)中，750℃下煅燒6h所得Li3v2004)3／c復(fù)合材料的晶相發(fā)育良好，純度高，顆粒較細(xì)小均勻，電化學(xué)綜合性能最好。30～46V電壓范圍內(nèi)，05C倍率的首次放電比容量為1351mAh／g，為理論容量的

5、795％，50次循環(huán)后的容量保持率為877％。采用Kissinger方程計(jì)算了溶膠凝膠法合成Li3V2(P04)3的活化能，為924kJ／mol。以NH4V03、mH4)loWl204l、LiOHH20、H3P04和檸檬酸為原料，采用溶膠凝膠法制備了Li3V2。Wx(P04)3／C(x=0，003，005，007、010和015)復(fù)合正極材料，其中“3V2。Wx(P04)3屬單斜晶系，碳以非晶態(tài)形式存在。當(dāng)摻雜量X小于015時(shí)，產(chǎn)物中沒