鋰離子電池正極材料Li-,3-V-,2-(PO-,4-)-,3-的合成及改性研究.pdf

1、Li3V2(PO4)3具有原材料來源豐富、比容量高、工作電壓高、安全性能好等特點,有望替代市場主流材料LiCoO2以及新型動力鋰離子電池材料LiMn2O4、LiFePO4成為下一代的鋰離子電池正極材料。但是材料本身的三維結構限制了其電導率較低,使其倍率性能和循環(huán)性能受到影響而表現不佳；且現有的制備方法也存在操作繁復、制備產品粒徑過大、雜質多等一系列問題。因此,要實現材料的商品化,解決這兩方面問題是關鍵。
　　 本文探索出了一種快

2、速溶膠凝膠法,將溶膠凝膠法制備Li3V2(PO4)3材料的總時間縮至約16h。研究表明,在850℃焙燒下4h得到結晶良好、無雜質且性能最優(yōu)的純相Li3V2(PO4)3,0.1C的倍率下首次放電比容量為138mAh/g,對應的庫倫效率高達97.3％。交流阻抗測試顯示材料的電荷轉移電阻Rct約為670Ω。
　　 以PEG(M=10000)&Superp(質量比為1:1)為碳源對Li3V2(PO4)3進行了包覆改性。研究表明,含量在2

3、.29％-10.44％之內的碳源不會影響單斜晶系Li3V2(PO4)3的晶體結構。改性后,材料顆粒的平均粒徑由純相Li3V2(PO4)3的900nm降至約600nm,且分布更均勻,團聚情況得到很好地改善；SEM圖中可觀察到納米碳顆粒包覆在Li3V2(PO4)3顆粒表面,甚至形成鏈狀或網狀的導電碳層。碳含量為3.79％時,材料性能最優(yōu),具有最高的放電比容量,為173mAh/g(3.0-4.8V,0.1C),30個充放電循環(huán)后的容量保持率達

4、到90％,材料的電荷轉移電阻Rct由純相的670Ω降至200Ω,得到極大的改善,從而表現出很好的倍率性能和循環(huán)性能。0.25C、1C測試時,該樣品60個充放電循環(huán)后的容量保持率均可達到80％,在5C的大倍率測試下,60個循環(huán)的容量保持率仍有78％。尤其是在3.0-4.3V的電壓區(qū)間內,該樣品在1C、5C的倍率下測試,最高放電比容量分別為138.2mAh/g和106mAh/g,60個循環(huán)的容量保持率卻高達93％和92％。
　　 以

5、B為摻雜元素,對材料進行了體相摻雜改性,合成了Li3V2-xBx(PO4)3/C(x=0,0.1,0.15,0.2,0.25,0.3)系列樣品。研究表明,x<3的Li3V2-xBx(PO4)3/C材料不會改變Li3V2(PO4)3的晶體結構,保持無雜質、單斜Li3V2(PO4)3結構；但是隨著B摻雜量增大,x=0.25、0.3時,材料開始出現雜質峰。改性后的材料團聚情況減少,但是當x=0.25、0.3時,樣品的SEM照片顯示出大顆粒材料