鋰離子電池正極材料Li3V2(PO4)3-rGO的合成及其電化學性能的研究.pdf

1、鋰離子電池憑借其高能量密度和長壽命而被看作是最有效的能量儲存系統(tǒng)之一。在目前已知的鋰離子電池磷酸鹽正極材料當中，磷酸釩鋰(LVP)憑借最高的的理論比容量197 mAhg-1（在3-4.8 V的電壓范圍內(nèi)）而被看作是很有潛力的鋰離子電池正極材料?？墒菍嶋H上，可以獲得的磷酸釩鋰的比容量都低于這一值。這是因為磷酸釩鋰的電子電導率很低，很大程度限制了它的能量密度。最近研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯具有良好的電導性和機械/電化學穩(wěn)定性，當它與電化學活性物質(zhì)混合

2、時，可以提高電極材料的比容量和倍率性能。本論文，采用溶膠凝膠結(jié)合高溫煅燒的方法制備了還原氧化石墨烯包覆磷酸釩鋰的復合材料(LVP/rGO)，以及采用同樣的方法合成了還原氧化石墨烯包覆Li3VO4復合材料(Li3VO4/rGO）。具體工作如下:
　　首先，采用溶膠凝膠結(jié)合高溫煅燒的方法合成LVP。對制備的LVP進行了XRD及SEM表征，結(jié)果表明:該法合成的樣品為單一相的LVP，顆粒大小約為400 nm。將LVP材料進行充放電測試，結(jié)

3、果表明:在電壓范圍為2-4.2 V，電流密度為0.075C的條件下，材料的首次充、放電比容量為128.2/110.9 mAhg-1，庫倫效率僅為86.5％。材料本身電子電導率低造成了其電化學性能差，釩的流失也影響了樣品的循環(huán)性能。
　　為了改善LVP的電化學性能，通過溶膠凝膠-高溫煅燒法合成了不同rGO含量的LVP/rGO復合物，其中rGO的含量分別為3％、7％、20％、30％。對制備的復合物材料進行了XRD、SEM表征，結(jié)果表明

4、:隨著rGO含量的增加，XRD特征峰在變寬變?nèi)?，LVP粒徑也在變小。對合成的材料進行電化學性能測試，發(fā)現(xiàn)當LVP/rGO復合物中rGO的含量為7％時，在電流密度為0.075 C（1 C=132 mAhg-1）、電壓范圍為2～4.2 V，材料具有最佳的電化學性能，首次放電比容量為141.6 mAhg-1，庫倫效率超過了100％，經(jīng)50次循環(huán)以后，放電比容量仍高達139.8 mAhg-1（容量保留率為98.7％）。接著對LVP/rGO(7％

5、)進行Raman、XPS測試，Raman圖譜表明材料ID/IG強度較高的，說明rGO具有較高的紊亂程度。XPS測試表明，復合物中存在含氧基團。充放電過程中，rGO片不僅起到了阻止LVP顆粒團聚作用，還起到了儲存鋰離子作用。rGO良好的導電性能夠增加充放電過程中的電子轉(zhuǎn)移率，從而增強了LVP/rGO復合物的電化學性能。
　　其次，還介紹了一種新型鋰離子電池負極材料Li3VO4，合成方法與前面提到的方法一樣。盡管樣品中釩是+5價，但是