鋰離子電池正極材料LiVOPO4的合成與性能研究.pdf

1、LiVOPO4具有工作電壓高(3.9 V，vs Li/Li+)、能量密度高(158 mAh/g×3.9 V=616 Wh/kg)等特點(diǎn)，因而，LiVOPO4是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ匿囯x子電池正極材料。本文以α-LiVOPO4為研究對(duì)象，以提高其電化學(xué)性能為主要目的，通過(guò)溶液-燃燒法合成材料；采用 X-射線(xiàn)衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、N2吸附-脫附等手段，對(duì)材料的結(jié)構(gòu)、形貌、粒徑進(jìn)行表征；并采用恒流充放電、恒流-恒壓充放電、交流阻抗等

2、手段對(duì)材料的電化學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。
　　本文首先比較了煅燒溫度、保溫時(shí)間以及 NO3-與檸檬酸的摩爾比等條件對(duì)溶液-燃燒法合成α-LiVOPO4結(jié)構(gòu)和性能的影響，并確定了如下的最佳工藝條件：煅燒溫度為500℃，保溫時(shí)間為50 min，NO3-與檸檬酸的摩爾比等于18:32。結(jié)果表明：最佳工藝條件下獲得的材料為多孔結(jié)構(gòu)，孔徑大小接近24～28 nm，材料的表面積為7.27 m2 g?1；在2.5～4.5 V下，以0.05 C、0.1

3、C、0.2 C的放電倍率進(jìn)行連續(xù)充放電時(shí)，材料的首次放電比容量分別為130.0、109.0、75.0 mAh/g，其中，在0.05 C下循環(huán)31次后無(wú)容量衰減，說(shuō)明材料雖然有較好的循環(huán)性能，但倍率性能有待進(jìn)一步改善。
　　為了進(jìn)一步提高α-LiVOPO4的性能，本文在最佳工藝條件的基礎(chǔ)上合成了非化學(xué)計(jì)量的富鋰和貧鋰型 Li1+xVOPO4+5、離子(Mn2+、Co2+)摻雜以及離子導(dǎo)體鋰硼氧化物 Li2O-B2O3(LBO)摻雜材

4、料。結(jié)果表明：①當(dāng) x=0.05時(shí)，材料表現(xiàn)出最好的性能，在0.05 C、0.1 C、0.2 C、1 C及2 C下，該材料的首次放電比容量分別為147.8、148.7、130.8、99.5及62.1 mAh/g，其中在0.05 C下循環(huán)51次后，比容量保持在143.2 mAh/g，衰減率較低，說(shuō)明材料不僅具有比α-LiVOPO4更佳的倍率性能，亦具有良好的循環(huán)性能；②在 Mn2+摻雜的LiMnx(VO)1-xPO4材料中，當(dāng) x=0.0

5、2時(shí)，材料具有最佳的性能，在0.05 C、0.1 C、0.2 C、1 C及2 C下，其首次放電比容量分別為126.4、121.7、100.2、86.0及63.9 mAh/g，其中，在0.05 C下循環(huán)51次后的放電比容量為115.6 mAh/g，說(shuō)明少量 Mn2+的摻入，既可以改善材料的高倍率性能，又能保持α-LiVOPO4原有的優(yōu)良循環(huán)性能；③在Co2+摻雜的LiCox(VO)1-xPO4材料中，當(dāng) x=0.02時(shí)，材料表現(xiàn)出最佳的性

6、能，在0.05 C、0.1 C及0.2 C下，材料的首次放電比容量分別為120.4、116.4、85.0 mAh/g，各倍率(0.05 C除外)下，雖然其首次放電比容量?jī)H比α-LiVOPO4高出10 mAh/g左右，但其循環(huán)性能較α-LiVOPO4好，其中，在0.05 C下，循環(huán)51次后，材料的放電比容量為111.7 mAh/g，保持了首次放電比容量的92.8％；④當(dāng) LBO的摻入量為3 wt%時(shí)，材料具有最好的性能，其在0.05 C、