锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3/C的合成与电化学性能研究

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单斜结构的Li3V2(PO4)3具有工作电位高、能量密度高、原料丰富、热稳定性优良以及循环稳定性好等诸多优点。且与LiFePO4相比较,其锂离子扩散通道为三维通道,适合大电流放电,成为下一代适合大电流工作的锂离子电池正极材料的首选。但是受到其本身结构的限制,使得Li3V2(PO4)3的导电性能较差。因此对Li3V2(PO4)3材料进行改性提高其电子传导性能和离子传导性能成为研究的重点。目前改性的措施主要是表面碳包裹和金属掺杂。本文回顾了锂离子电池的发展历史,简述了多种锂离子电池正极材料的优缺点,介绍了Li3V2(PO4)3的充放电机理、合成方法以及存在的问题与其改进方法。其研究的主要内容如下:  运用机械球磨法、重结晶法和水热法,得到尺寸不同的钒源。通过SEM可以发现:将偏钒酸铵机械球磨后的颗粒尺寸分布范围从几百纳米到十几微米之间,大颗粒较多;经重结晶后的偏钒酸铵呈现两种形貌,一种是由直径约1μm的棱柱所组成的花状形貌,另一种是直径约150-250nm的颗粒外形;而经水热法后的钒源则是厚度约50nm的纳米片。  分别用钒的化合物和聚吡咯包裹的钒化合物为钒源,采用固相法成功地合成了单斜结构的Li3V2(PO4)3/C复合材料。研究结果表明:先在钒源表面包裹一层聚吡咯可以合成碳包裹较好、颗粒尺寸较均匀的Li3V2(PO4)3/C复合材料,其表现出良好的电化学性能。  通过机械球磨法将聚吡咯分别包裹在重结晶得到的钒源和经球磨后的分析纯偏钒酸的表面后合成了Li3V2(PO4)3/C复合材料。研究结果表明:重结晶后的钒源合成的Li3V2(PO4)3/C具有更好的电化学性能。这是由于重结晶后的钒源颗粒得到了细化。  分别采用机械球磨法和化学氧化聚合法,在水热法合成的纳米片钒源的表面包裹一层聚吡咯,然后与磷酸二氢铵、碳酸锂混合制备了Li3V2(PO4)3/C复合材料。测试的结果表明:采用化学氧化聚合法合成的Li3V2(PO4)3/C具有更好的电化学性能。这是由于使用化学氧化聚合法在钒源的表面包裹聚吡咯的效果要比机械球磨法包裹的效果要好。
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