Li-,1+x-V-,3-O-,8-的合成和電化學(xué)性能研究.pdf

1、近年來，鋰離子電池因其優(yōu)異的性能而發(fā)展十分迅速，但是其性能在很大程度上取決于電極材料、電解液和隔膜，其中正極材料顯得尤為重要。釩酸鋰（Li1+xV3O8）作為一種理想的鋰離子電池正極材料，具有原材料便宜、比容量高、性能穩(wěn)定、對環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛重視。然而不同的合成方法對其電化學(xué)性能的影響很大。Li1+xV3O8的合成方法主要有高溫固相熔融反應(yīng)法和濕法低溫反應(yīng)法。前者一般是用V2O5和Li2CO3混合物在680℃下熔融24h，然后冷

2、卻研磨而制得。這樣的制法有明顯的缺點(diǎn)，如需要高溫、熔融時反應(yīng)物揮發(fā)、腐蝕坩堝、冷卻后產(chǎn)物與容器粘連不易取出等。后者所得產(chǎn)物比容量大、嵌入Li+多、能達(dá)分子水平上的混合、產(chǎn)物易于處理，但反應(yīng)時間長，產(chǎn)品結(jié)晶性不太好。而對于Li1+xV3O8的摻雜改性方面的研究鮮有報(bào)道。本文首先討論了Li1+xV3O8的固相合成法，并對傳統(tǒng)的固相法進(jìn)行了改進(jìn)，根據(jù)固相反應(yīng)理論，提出用中熱固相法合成Li1+xV3O8。其次，采用了檸檬酸溶膠-凝膠合成技術(shù)，利

3、用正交實(shí)驗(yàn)法系統(tǒng)地研究了合成條件對產(chǎn)品的電化學(xué)性能的影響，并對工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。最后，初步探討了Li1+xV3O8的改性方面的問題。主要內(nèi)容如下: 第一章，綜述了鋰離子電池和正極材料的研究歷史和現(xiàn)狀，重點(diǎn)回顧了Li1+xV3O8的研究成果，分析指出了Li1+xV3O8尚需解決的問題和未來的研究方向。 第二章，為了以后的工作有一個比較的標(biāo)準(zhǔn)，首先采用傳統(tǒng)的高溫熔融法合成了LiV3O8作為參照物，并對其電化學(xué)性能進(jìn)行了測試

4、。針對其合成缺點(diǎn)提出了兩個改進(jìn)措施。然后，依據(jù)固相反應(yīng)理論，提出合成LiV3O8的新方法——中熱固相反應(yīng)法。顯著地降低了傳統(tǒng)合成LiV3O8的溫度（從680℃降低到580-585℃）和時間（從24h降低到0.5-2h），避免了熔融法的諸多缺點(diǎn)。所得的產(chǎn)物經(jīng)電化學(xué)性能測試，具有較高的比容量（最大為183mAh/g）、較好的循環(huán)性能和可逆性，在前11次的循環(huán)中充放電效率一般為100％。 第三章，詳細(xì)討論了Li1+xV3O8的電化學(xué)性

5、能與檸檬酸溶膠-凝膠法合成工藝參數(shù)的關(guān)系。運(yùn)用正交實(shí)驗(yàn)技術(shù)和L9(34) 正交表考察了合成過程中各種因素對Li1+xV3O8放電比容量的影響，并找出其主要因素的影響次序（從大到?。椋簾崽幚頊囟?、熱處理時間和鋰釩摩爾比。隨后還考察了不同鋰源對Li1+xV3O8的電化學(xué)性能的影響，考慮到環(huán)保要求，我們認(rèn)為以采用Li2CO3為宜。 第四章，借鑒其它正極材料的改性方法，結(jié)合釩元素的性質(zhì)，我們對Li1+xV3O8的摻雜改性作了初步的探討