鋰離子電池正極材料LiV-,3-O-,8-的合成與性能研究.pdf

1、與LiCoO2等傳統(tǒng)的鋰離子電池正極材料正比，LiV3O8具有價格便宜、比容量大等優(yōu)點，是前景很好的鋰離子電池正極材料。然而，由于LiV3O8材料的循環(huán)穩(wěn)定性差、充放電平臺較多，材料的應用還有一定困難。基于此，本文研究了LiV3O8材料的制備和改進方法。
　　 LiV3O8的經典合成方法一高溫固相法是在熔融的條件下進行的。這種方法很難控制鋰和釩的化學計量比，并且產物的性能也不好。本文采用雙氧水溶膠凝膠法制備了具有高的相純度的Li

2、V3O8材料，對此方法的合成條件進行了優(yōu)化。并對此材料進行了摻雜改性，制備了LiV3-2xNixMnxO8(x=0.000，0.025，0.050，0.075，0.100)系列材料，并采用XRD、SEM、恒流充放電、循環(huán)伏安等測試手段研究了Ni2+、Mn4+共摻雜對LiV3O8結構及電化學性能的影響。研究表明，摻雜后材料的電化學性能有了明顯的改善，材料的循環(huán)性能有了明顯的提高，具有較好的電化學可逆性以及較小的電荷傳遞阻抗。
　　

3、 表面包覆/修飾是對鋰離子電池正極材料進行改性的重要手段之一。AlPO4是常見的包覆材料之一。本文以雙氧水溶膠凝膠法制備的LiV3O8材料為基體，首次制備了包覆不同量AlPO4納米線的LiV3O8材料。采用XRD測試研究了包覆對材料結構的影響。采用SEM以及TEM測試對材料的形貌進行了表征，結果表明LiV3O8材料被成功地包覆了AlPO4納米線，當AlPO4包覆量為1.0wt.％時，材料的表面被AlPO4納米線包覆得最為均勻。AlPO4

4、包覆能明顯地改善材料的電化學性能。包覆后的材料的放電比容量雖有所降低，但循環(huán)性能提高顯著，特別是包覆量為1.0wt.％時，循環(huán)性能最好。CV測試表明，適量的AlPO4納米線包覆能減少材料充放電時的相變，使材料具有更好的電化學可逆性。此外，AlPO4納米線包覆還有效地抑制了循環(huán)過程中材料電荷傳遞阻抗的增加。
　　 檸檬酸溶膠凝膠法是制備鋰離子電池正極材料常用的方法之一。采用此方法合成LiV3O8材料所需的熱處理溫度雖然比固相法低，

5、但仍需在400℃以上。本文在合成過程中加入適量硝酸對此方法進行了改進。改進后的檸檬酸溶膠凝膠法在300℃下熱處理即可得到性能優(yōu)良的LiV3O8材料。采用TG、XRD、SEM、恒流充放電、CV、EIS等測試手段對改進后的檸檬酸溶膠凝膠法與傳統(tǒng)的檸檬酸溶膠凝膠法進行了比較研究。研究發(fā)現，采用改進后的方法能在較低的溫度下得到性能更優(yōu)良的LiV3O8材料。
　　 水/溶熱法是合成鋰離子電池正極材料的新興方法之一。本文首次采用環(huán)己烷為溶劑

6、的溶熱法合成LiV3O8材料。對溶熱處理過程中前驅體的變化以及反應溫度對合成樣品電化學性能的影響進行了研究。結果表明，溶熱處理7天后，原料反應最為完全，得到的前驅體最易得到目標產物。將此前驅體在300℃下熱處理6 h后得到的樣品電化學性能最好。首次放電比容量較高，為302.5mAh/g，循環(huán)性能最好，50周后容量仍有248.6 mAh/g。并將溶熱法與固相法進行了比較研究。結果表明，相對于固相法而言，采用溶熱法制備的LiV3O8材料電化