NASICON結構鋰離子電池正極材料Li3V2(PO4)3的合成與電化學性能研究.pdf

1、本論文主要研究了鋰離子正極材料Li3V2(PO4)3的制備與改性。首次采用絡合滴定溶膠凝膠法制備了Li3V2(PO4)3/C正極材料，研究了絡合滴定溶膠凝膠法制備前驅體的合成機理和最優(yōu)合成工藝。以Li2CO3、NH4H2PO4和V2O5為原料，C6H8O7·H2O為碳源和絡合劑，通過改變煅燒溫度、煅燒時間和Li3V2(PO4)3/C復合材料中的碳含量三因素，發(fā)現在800°C下煅燒8h，材料碳含量為7.54wt％時，Li3V2(PO4)3

2、/C樣品具有最佳電化學性能。該條件下制備的Li3V2(PO4)3/C具有單斜晶系結構，顆粒尺寸較小，形貌均一，在1C和5C倍率下，放電比容量分別為123.1mAhg-1和117.0mAhg-1，在10C、15C和20C倍率下的放電比容量也能夠分別達到111.2mAhg-1、100.1mAhg-1和87.2mAhg-1，其中在10C和15C倍率下循環(huán)150次之后，放電比容量分別維持在111.1mAhg-1和84.1mAhg-1。
　

3、　為了簡化絡合滴定溶膠-凝膠法的合成工藝，并適應大規(guī)模生產的需要，我們對其合成工藝進行了改進，并首次成功開發(fā)了一種基于自發(fā)化學反應的快速-溶膠凝膠法制備了高性能的低碳含量的Li3V2(PO4)3/C復合材料。該方法不僅能耗低，而且操作簡單，適合大規(guī)模生產。通過對合成工藝進行研究，發(fā)現350°C下預燒4h，接著750°下煅燒8h，碳含量為3.34%為最佳工藝條件。在1C和5C倍率下循環(huán)100次之后，最優(yōu)樣品分別保持127.9mAhg-1和

4、124.0mAhg-1的放電比容量；此外該材料還具備優(yōu)異的高倍率性能，在10C、15C和20C倍率下循環(huán)150次之后，材料的放電比容量分別為117.6mAhg-1、114.9mAhg-1和83.6mAhg-1，材料之所以具有優(yōu)異的電化學性能，主要歸因于材料表面的表面的碳包覆層和材料稀松多孔的微觀形貌。
　　此外，為了進一步提高利用快速溶膠凝膠法合成的材料在高倍率下（特別是20C）的循環(huán)穩(wěn)定性，我們首次合成了Mo摻雜Li3V2(PO

5、4)3/C正極材料，并研究了Mo摻雜對Li3V2(PO4)3/C結構、形貌及其電化學性能的影響。XRD測試顯示Mo摻雜之后，材料仍然保持了單斜晶系的NASICON結構，SEM和電化學測試表明摻雜之后材料的整體微觀形貌并沒有發(fā)生太大變化，但是樣品Li3Mo0.03V1.97(PO4)3/C的顆粒尺寸最小且最均一，電化學性能最佳，在20C倍率下，放電比容量達到117.6mAhg-1，循環(huán)150次之后，仍然能夠維持在110.1mAhg-1，要