磷酸釩鋰和三元正極材料的制備及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、鋰離子電池作為新一代綠色高能源,因其高的放電容量,高的充放電平臺,優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性,目前已經(jīng)廣泛的商業(yè)化,具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文在詳細(xì)歸納和論述了鋰離子正極材料近幾年的研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上,分別選取了單斜結(jié)構(gòu)的磷酸釩鋰 Li3V2(PO4)3和α-NaFeO2層狀結(jié)構(gòu)的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正極材料作為研究對象,采用了不同的制備方法,如高溫固相法、共沉淀法、水熱法和離子熱法等來制備上述材料,并對其表面進(jìn)

2、行了包覆和改性。利用X射線衍射,掃描電子顯微鏡,透射電子顯微鏡,充放電測試等表征手段對材料的晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌、元素組成和電化學(xué)性能等都進(jìn)行了深入的研究。
　　分別通過溶膠凝膠法和水熱法制備了單斜結(jié)構(gòu)的Li3V2(PO4)3/C正極材料,相較于溶膠凝膠法,水熱法更易制備出顆粒小,不團(tuán)聚,表面光滑的材料,電化學(xué)性能得到了明顯的提升。
　　采用三種不同陰離子的咪唑類離子液體作為溶劑和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑,通過離子熱法成功了制備了單斜結(jié)構(gòu)的

3、正極材料 Li3V2(PO4)3/C。由于咪唑類離子液體具有高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,以及不同陰離子的離子液體具有的不同的表面張力,造成制備出的材料具有不同的形貌和尺寸,致使其對電化學(xué)性能也產(chǎn)生了影響。其中,以[emim][OTf]為溶劑制備的材料電化學(xué)性能最優(yōu)。
　　分別通過共沉淀法、水熱法、離子熱法制備了α-NaFeO2層狀結(jié)構(gòu)的正極材料 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。共沉淀法制備的材料具有均勻的球狀結(jié)構(gòu),但經(jīng)過高溫

4、煅燒后發(fā)生了一定程度的團(tuán)聚。而水熱法制備的材料在水熱條件下晶體沿著 c-軸生長,形成以{010}晶面族為暴露晶面的納米磚形貌,經(jīng)過高溫處理后,納米磚微晶卻沿著垂直于c-軸方向進(jìn)行自組裝。這種生長方向的轉(zhuǎn)變?nèi)匀皇沟米罱K材料的{010}具有高的暴露程度,使得更多的鋰離子能夠從垂直于c-軸方向進(jìn)行脫嵌,提高了鋰離子的擴(kuò)散速率。在2.8~4.3V電壓范圍,0.1C倍率條件下,其首次放電比容量達(dá)到178.2mAh·g-1,經(jīng)過100次循環(huán)后,其容

5、量保持率仍達(dá)到92.8％。而離子液體[emim][BF4]具有優(yōu)良的溶解性和分散性,能夠?qū)?Ni1/3Co1/3Mn1/3)(OH)2分剪成較小的顆粒,因此通過離子熱形成了具有類球狀結(jié)構(gòu)的正極材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。
　　通過對水熱制備的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2進(jìn)行 Al2O3包覆,通過TEM表征發(fā)現(xiàn)材料的表面包覆著一層均勻的約5nm厚的Al2O3包覆層,而這層包覆能夠的有效的減緩電解液對材料顆粒