鋰離子電池正極材料Li3V2(PO4)3的制備及改性.pdf

1、單斜結(jié)構(gòu)的Li3V2(PO4)3因具有理論比容量高和充放電電壓平臺(tái)高等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是最具應(yīng)用潛力的新一代鋰離子電池正極材料之一，但同時(shí)其電子導(dǎo)電率低的缺點(diǎn)，限制了該材料的實(shí)用化。本文用碳熱還原法合成了Li3V2(PO4)3材料，考察了合成工藝、碳還原劑和金屬離子摻雜對Li3V2(PO4)3結(jié)構(gòu)和性能的影響。
　　首先，考察了磨料方式、煅燒時(shí)間和燒結(jié)方式等工藝條件對Li3V2(PO4)3性能的影響。結(jié)果表明，以LiOH·H2O為Li源

2、并以碳納米管為還原劑，且C、V投料比為2.5/2時(shí)，最佳的合成工藝是利用球磨方式來混合原料，在Ar氣氛中300℃預(yù)燒4h，冷卻研磨后，再于Ar氣氛中800℃下一次燒結(jié)24h。在此條件下所合成的Li3V2(PO4)3為純相的單斜結(jié)構(gòu)，首次放電比容量為116mAh·g-1(0.1C)，50次循環(huán)后的容量保持率為91％。
　　其次，研究了碳還原劑對Li3V2(PO4)3性能的影響。結(jié)果表明，以碳納米管為還原劑時(shí)，碳的最佳加入量是C/V為

3、2.7/2，此條件所合成Li3V2(PO4)3的電子電導(dǎo)率為2.153×10-5S·cm-1。其首次放電比容量為117mAh·g-1(0.1C)，40次循環(huán)后的容量保持率為94%；以蔗糖為還原劑時(shí)，碳的最佳加入量是C/V為3.5/2，此條件所合成Li3V2(PO4)3的電子電導(dǎo)率為5.562×10-3S·cm-1，其首次放電比容量為127mAh·g-1(0.1C)，40次循環(huán)后的容量保持率為94%。
　　最后，以蔗糖為碳還原劑（其

4、中C/V為3.5/2）合成了磷酸釩鋰材料，研究了Li+離子缺位或者過量以及Nb5+、Ti4+和Mg2+摻雜對材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明，Li+缺位或者過量可以提高材料的循環(huán)性能。XRD測試結(jié)果表明，Nb5+、Ti4和Mg2+等金屬離子的少量摻雜，沒有改變材料的單斜結(jié)構(gòu)。SEM觀察結(jié)果表明，金屬離子摻雜后，材料顆粒發(fā)生細(xì)化。交流阻抗和循環(huán)伏安測試結(jié)果表明，Nb5+、Ti4+和Mg2+等金屬離子的少量摻雜會(huì)降低材料的電荷轉(zhuǎn)移電阻，使材料