釩氧化物正極材料的制備、摻雜及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、與傳統(tǒng)的鋰離子電池正極材料(LiCoO2等)相比,層狀結(jié)構(gòu)V6O13和VO2(B)具有比容量大、能量密度高、合成方法簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),被越來(lái)越多的研究者認(rèn)為是具有開發(fā)和應(yīng)用潛力的新一代鋰離子正極材料。釩氧化物的常用合成方法為固相法和水熱法,但是較難制備出純相的釩氧化物。而溶劑熱具有容易生成特殊價(jià)態(tài)的化合物、能夠控制產(chǎn)物的形貌、能夠均勻摻雜等優(yōu)點(diǎn)。
　　本文采用水熱法、固相法制備出了V6O13,用溶劑熱法制備了V6O13、VO2

2、(B)、MnV2O6。對(duì)不同方法合成釩氧化物進(jìn)行了電化學(xué)性能對(duì)比后發(fā)現(xiàn)溶劑熱法制備的釩氧化物電化學(xué)性能較好。本文主要研究了溶劑熱合成過(guò)程,并分別對(duì)V6O13和VO2(B)的溶劑熱合成工藝進(jìn)行了探討,主要研究了乙醇和水的配比、溶劑熱保溫溫度、溶劑熱保溫時(shí)間、煅燒溫度等條件對(duì)產(chǎn)物物相和電化學(xué)性能的影響,得到了溶劑熱制備V6O13和VO2(B)的最佳工藝。
　　為了提高V6O13和VO2(B)在脫嵌鋰過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,對(duì)V6O13分別

3、進(jìn)行Mn2+、Ni2+摻雜,對(duì)VO2(B)分別進(jìn)行Cu2+、Ti4+摻雜。同時(shí)用溶劑熱合成了塊狀和管狀MnV2O6,并對(duì)其充放電性能進(jìn)行了初步探討。對(duì)V6O13分別進(jìn)行Mn2+、Ni2+摻雜后發(fā)現(xiàn),Mn2+或Ni2+都能夠進(jìn)入到V6O13正極材料的晶格中。摻雜后的V6O13脫嵌鋰離子時(shí)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能得到提高。CV和EIS測(cè)試表明部分Mn2+或Ni2+取代了的釩位置,在鋰離子的脫出和嵌入過(guò)程中材料被破壞的程度降低,抑制了容量衰減,循環(huán)性能

4、得到改善。對(duì)VO2(B)進(jìn)行Cu2+摻雜后發(fā)現(xiàn),Cu2+的加入使VO2(B)正極材料的脫嵌鋰離子的能力和充放電穩(wěn)定性都得到提高。當(dāng)摻Cu2+量為1.03 at.％時(shí),VO2(B)在低倍率和高倍率的性能都得到提高,在0.132 C放電首次放電比容量317.1 mAh/g,51次循環(huán)后的放電比容量仍然保存在234.3 mAh/g。對(duì)VO2(B)進(jìn)行Ti4+摻雜后增強(qiáng)了脫嵌鋰能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,尤其會(huì)提高正極材料在高倍率下的充放電性能。當(dāng)摻Ti

5、4+量為0.68 at.%時(shí),VO2(B)在6.563 C下具有171 mAh/g的放電比容量,50次循環(huán)后容量保持率達(dá)到83.6%。
　　塊狀MnV2O6在40 mA/g的電流密度下具有409 mAh/g的放電比容量,但是容量衰減較快。管狀MnV2O6它能夠減少鋰離子擴(kuò)散在界面的距離,從而影響MnV2O6在充放電過(guò)程形成非晶態(tài),在40 mA/g的電流密度下具有216 mAh/g的放電比容量,循環(huán)過(guò)程中其結(jié)構(gòu)有所破壞,性能也有所降