鋰離子電池正極材料Li3V2(PO4)3-C的摻雜改性研究.pdf

1、具有NASCION結(jié)構(gòu)的單斜晶系磷酸釩鋰正極材料是未來高性能鋰離子電池的主要候選材料之一，這是由于它具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的電化學(xué)性能、安全性能高和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，然而磷酸釩鋰較低的電子電導(dǎo)率限制了其廣泛使用。本論文采用摻雜金屬離子的改性方法來改善磷酸釩鋰材料的電化學(xué)性能，結(jié)合X-射線衍射、掃描電鏡、恒流充放電、循環(huán)伏安和電化學(xué)阻抗等測(cè)試手段，綜合探討摻雜離子、摻雜量、碳源、合成方法、離子價(jià)態(tài)與材料的結(jié)構(gòu)形貌和電化學(xué)性能之間的關(guān)系。研究結(jié)

2、果表明:
　　首先，分別采用酚醛樹脂、聚偏氟乙烯(PVDF)作碳源，使用溶膠-凝膠法制備Ti4+摻雜的Li3V2-4/3xTix(PO4)3/C材料。研究表明，PVDF作為碳源合成摻雜材料的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)較大，電子電導(dǎo)率高，小倍率下放電比容量高，循環(huán)可逆性好，容量保持率高。Ti4+摻雜量為5 wt.％時(shí)，材料電化學(xué)性能最佳。表明使用PVDF作碳源摻雜適量Ti4+可以提高材料的電化學(xué)性能。
　　然后，以PVDF作碳源，分別使用

3、溶膠-凝膠法和高溫固相法制備Cr3+摻雜的Li3V1.95Cr0.05(PO4)3/C材料。結(jié)果表明，這兩種方法均可制備純相的單斜晶系結(jié)構(gòu)，少量Cr3+摻雜并未影響材料的結(jié)構(gòu)形貌，但顯著改善了其電化學(xué)性能。溶膠-凝膠法制備的Cr3+摻雜試樣在0.2 C和5C倍率下放電比容量分別為122.1 mAh·g-1和109.8 mAh·g-1，且循環(huán)100次后，容量保持率為99.1％和98.5％，具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性能。溶膠-凝膠法是一種改善Li

4、3V2(PO4)3材料電化學(xué)性能的有效方法。
　　最后，采用溶膠-凝膠法合成Mn2+(MnCl2)、Mn4+(MnO2)摻雜的Li3V2(PO4)3改性材料，Mn2+和Mn4+摻雜試樣仍保持材料的單斜晶系結(jié)構(gòu)，結(jié)晶性良好，少量的錳離子摻雜還可以到達(dá)到細(xì)化晶粒的效果。Mn4+摻雜的Li3V2-4x/3Mnx(PO4)3/C材料的放電比容量高，循環(huán)穩(wěn)定性好，容量保持率高，當(dāng)Mn4+摻雜量為7 wt.％時(shí)，試樣的電化學(xué)性能最佳。綜合比較