固相合成磷酸鹽系鋰離子電池正極材料的改性.pdf

1、隨著鋰離子電池的廣泛應用，鋰離子電池正極材料成為了研究的熱點。磷酸鹽體系的正極材料以其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全性能好、資源豐富等優(yōu)點而倍受關(guān)注，其中的LiFePO4和Li3V2(PO4)3被認為是目前最有前途的正極材料，最有希望取代目前廣泛使用的LiCoO2。但是LiFePO4和Li3V2(PO4)3有一個共同的缺點就是材料的電子導電率較低，不適合在大電流下進行充放電。本文采用一步固相燒結(jié)法在不同碳的前驅(qū)體條件下合成了碳包覆Li3V2(PO4)3

2、，探索了金屬Ag包覆的改性方法，研究了LiFePO4和Li3V2(PO4)3兩相復合對材料結(jié)構(gòu)和電化學性能的影響。
　　 本文研究了包覆碳源和燒結(jié)溫度對材料電化學性能的綜合影響，確立了Li3V2(PO4)3/C試樣燒結(jié)工藝的最優(yōu)參數(shù)如下：石油焦和聚丙烯兩種碳源，在一定的溫度范圍(650℃-800℃)內(nèi)石油焦的包覆效果要明顯優(yōu)于聚丙烯，這可能與石油焦分解碳的石墨化程度高有關(guān)。當以聚丙烯作碳源時，Li3V2(PO4)3/C的最佳燒結(jié)

3、溫度是700℃，但高溫(750℃)時聚丙烯碳包覆的燒結(jié)產(chǎn)物的電化學性能急劇惡化。經(jīng)推斷，其起因是高溫時聚丙烯分解產(chǎn)物中大量的H因為還原作用將PO4根還原成焦磷酸根，導致Li3V2(PO4)3正極材料脫嵌鋰失效。當石油焦作碳源時，Li3V2(PO4)3/C的最佳燒結(jié)溫度稍高，為750℃。
　　 本文以一步固相燒結(jié)法制備的Li3V2(PO4)3/C為前驅(qū)體粉末，利用銀鏡反應在粉末表面包覆單質(zhì)Ag，合成了Li3V2(PO4)3/(Ag

4、+C)復合正極材料。C和Ag的共同修飾極大地提高了材料的電導率，并從動力學上提高了材料的放電容量和倍率性能。首次放電容量從Li3V2(PO4)3/C的162 mAh g-1提高到了172 mAh g-1，而且循環(huán)性能和倍率性能優(yōu)良(1 C倍率循環(huán)50次后仍然具有140.5 mAh g-1的放電容量，5 C倍率下的首次放電容量有120.5 mAh g-1)。電化學阻抗譜分析表明C和Ag的共同修飾降低了Li3V2(PO4)3的充電轉(zhuǎn)移電阻。

5、
　　 采用微米級石油焦粉末為還原劑和碳源，一步固相燒結(jié)合成了復相結(jié)構(gòu)的9LiFePO4·Li3V2(PO4)3/C正極材料，該材料表現(xiàn)出了優(yōu)越的高倍率性能和良好的寬溫度工作性能。該材料在做成鋰離子電池后，以10 C倍率下充放電，循環(huán)150次后仍具有125 mAh g-1的放電容量，在－20℃下循環(huán)150次后容量保持在室溫容量的75％以上。9LiFePO4·Li3V2(PO4)/C復合正極材料具有這些優(yōu)越的電化學性能，原因包括：