高比容量磷酸釩鋰和硫正極材料改性研究.pdf

1、鋰離子電池作為一種綠色清潔化學(xué)電源被廣泛運(yùn)用于各類便攜式電子產(chǎn)品和電動(dòng)交通工具等領(lǐng)域。迄今為止，商業(yè)化鋰離子電池理論能量密度雖可達(dá)250Wh kg-1，但受正極材料比容量低、價(jià)格昂貴、制備工藝繁瑣等因素限制，其實(shí)際能量密度僅為150～180Wh kg-1，故難以滿足人們對(duì)高能量密度鋰離子電池的需求。本文以高比容量磷酸釩鋰和硫正極材料為研究對(duì)象，著重研究了這兩類正極材料制備工藝、微結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能之間的關(guān)系，為發(fā)展新型鋰離子電池提供堅(jiān)實(shí)的

2、實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和理論依據(jù)。主要內(nèi)容如下：
　?。?）采用溶膠凝膠法制備Sn摻雜的Li3V2-xSnx(PO4)3/C（x=0，0.1，0.15，0.2）復(fù)合材料。研究結(jié)果表明：當(dāng)Sn摻雜量x≤0.2時(shí)，所得Li3V2-xSnx(PO4)3/C均為單斜相，屬于P21/n空間群，結(jié)晶性好。通過XRD、HRTEM和SEM等測(cè)試等發(fā)現(xiàn)Sn摻雜不會(huì)改變Li3V2(PO4)3的形貌、晶體結(jié)構(gòu)及顆粒尺寸，但是晶胞體積會(huì)產(chǎn)生膨脹。此外，Li3V2-xS

3、nx(PO4)3/C樣品表面都均勻包覆了一層厚度為5nm左右的無(wú)定形碳膜，可有效提高Li3V2(PO4)3的電子電導(dǎo)率。電化學(xué)性能測(cè)試表明，Li3V1.85Sn0.15(PO4)3/C具有最佳的充放電比容量、倍率性能以及循環(huán)穩(wěn)定性。CV和EIS測(cè)試結(jié)果也顯示Sn摻雜量x=0.15時(shí)，Li3V1.85Sn0.15(PO4)3/C電化學(xué)穩(wěn)定性最好，電化學(xué)阻抗最小，Li+擴(kuò)散速率最大。
　?。?）利用超臨界流體技術(shù)構(gòu)筑新型硫碳復(fù)合材料。

4、通過XRD、SEM、TEM、BET等表征手段研究了硫碳復(fù)合材料的微觀相貌結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、比表面積、孔徑分布、表面狀態(tài)等。研究發(fā)現(xiàn)超臨界CO2流體不僅對(duì)碳材料具有結(jié)構(gòu)調(diào)控和界面修飾作用，實(shí)現(xiàn)碳原子層和孔隙膨脹擴(kuò)展，為硫電極材料提供具有限域作用的儲(chǔ)硫空間；同時(shí)，超臨界CO2流體還可充分溶解硫并以小分子形式進(jìn)入碳材料內(nèi)部，從而構(gòu)建出高度均勻的碳硫復(fù)合材料。該儲(chǔ)硫方法較常規(guī)碳硫復(fù)合工藝而言，不但簡(jiǎn)化了載體碳材料制備方法，同時(shí)確保了硫的高負(fù)載量、

5、高分散性和利用率。采用該硫碳復(fù)合材料作為鋰硫電池電極研究發(fā)現(xiàn)，硫碳復(fù)合電極材料的庫(kù)倫效率得到顯著提升，一定程度上改善了Li-S電池的“穿梭效應(yīng)”，其中以活性炭為載體的硫碳復(fù)合材料電化學(xué)性最優(yōu)。
　?。?）以稻殼為模板構(gòu)筑多孔二氧化硅（Rhs-SiO2），采用檸檬酸為碳源，通過溶膠凝膠法制備Rhs-SiO2/介孔泡沫碳復(fù)合材料。XRD結(jié)果表明該材料為無(wú)定形硅氧碳復(fù)合材料（SiOC）。SEM發(fā)現(xiàn)在不同溫度熱處理下的Rhs-SiO2/介