層狀高導電性Ti3SiC2改性Li3V2(PO4)3正極材料的制備與電化學性能研究.pdf

1、單斜晶系的Li3V2(PO4)3作為聚陰離子型鋰離子電池正極材料的重要成員，因具有高理論容量、穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的安全性及循環(huán)性能受到了人們極大地關注，是近年來研究的熱點之一。然而Li3V2(PO4)3卻因電子電導低、高倍率性能衰減等缺點，導致其實際應用被阻礙。目前研究較為深入的碳包覆改性雖然可以提高Li3V2(PO4)3的電子電導，卻阻礙了鋰離子擴散，不能有效改善高倍率容量衰減。因此同時提高Li3V2(PO4)3正極材料的電子電導和鋰離

2、子擴散系數(shù)，以改善高倍率容量成為本研究的重點。此外，鋰離子電池在外太空探索、軍事裝備等特殊低溫環(huán)境中的廣泛使用，對電池在低溫下的容量提出了一定要求，但Li3V2(PO4)3在低溫下的性能嚴重衰減，因此改善Li3V2(PO4)3正極材料的低溫性能意義深遠。本文使用乙醇輔助的懸浮混合法混合Ti3SiC2和Li3V2(PO4)3/C粉體，研究Ti3SiC2改性對Li3V2(PO4)3/C晶體結(jié)構(gòu)和微觀形貌的影響，并分別在室溫、0℃和-20℃下

3、研究不同Ti3SiC2改性量對正極材料充放電性能、循環(huán)伏安性能和電化學動力學性能的影響，其中Ti3SiC2的改性比例分別為0wt.％、3wt.%、4wt.%和5wt.%。
　　結(jié)果表明，Ti3SiC2的片狀結(jié)構(gòu)有利于形成點-面接觸模式，并補充碳包覆不完整的導電網(wǎng)絡，形成三維導電網(wǎng)絡。分別在室溫、0℃和-20℃進行電化學性能測試。其中，Ti3SiC2改性量為4wt.%時電化學性能的改善最為顯著，而且高倍率下電化學性能改善效果尤為明顯

4、。室溫下的電化學性能測試結(jié)果顯示，Ti3SiC2改性量為4wt.%的樣品在10C下的首次充放電比容量為114mAh g-1，明顯高于未經(jīng)Ti3SiC2改性的樣品在10C下的首次充放電容量（37mAh g-1）。10C下進行200次循環(huán)后，Ti3SiC2改性量為4wt.%的樣品容量保留率為88%，明顯改善了高倍率下循環(huán)伏安性能。同時，Ti3SiC2改性也能有效改善低溫電化學性能。在0℃下，Ti3SiC2改性量為4wt.%的樣品在1C下的首

5、次充放電容量明顯提高（130mAh g?1），而未經(jīng)Ti3SiC2改性的樣品在1C下的首次充放電容量僅為118mAh g?1。在-20℃時，Ti3SiC2改性也對充放電性能和循環(huán)伏安性能有一定改善。
　　通過電化學動力學分析，觀察到Ti3SiC2改性，同時提升了Li3V2(PO4)3/C正極材料的鋰離子擴散系數(shù)和電子電導。交流阻抗技術(EIS)表明Ti3SiC2改性顯著降低了電荷轉(zhuǎn)移電阻（5.57Ω）和電化學極化。最后，提出“雙層