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聚阴离子型正极材料Li_3V_2(PO_4)_3和Na_2FePO_4F的制备与性质研究

姜涛  
【摘要】: 由于具有高效、清洁和可循环使用等诸多优点,锂离子电池被认为是综合缓解能源危机与环境污染等问题的一种重要能量储存装置。特别是在最近几年,随着电动汽车以及混合电动汽车的高速发展,锂离子电池得到了更广泛的关注与更深入的研究。正极材料是锂离子电池重要的组成部分之一。以LiCoO2为代表的传统正极材料受成本高、资源紧缺和对环境有污染等缺点的制约已不能成为新一代锂离子电池正极材料的首选。近年来,一类具有聚阴离子型结构的正极材料开始崭露头脚,这类材料由于具有优秀的结构稳定性以及良好的循环稳定性成为人们近期研究的重点。 本论文选取两种聚阴离子型正极材料Li3V2(PO4)3和Na2FePO4F为研究对象,以提高二者的电导率为突破口,致力于改善它们的电化学性能。首先,我们分别通过溶胶-凝胶法和碳热还原法制备了具有表面碳包覆的Li3V2(PO4)3材料。表面碳将Li3V2(PO4)3的电导率提高了4 ~ 5个数量级。利用透射电子显微镜以及拉曼散射技术确定了粒子表面碳层的存在,并证明了它的无定型本质。我们首次研究了Li3V2(PO4)3材料在不同温度时的电化学性能,结果表明碳包覆Li3V2(PO4)3材料无论是在室温还是在低温下都具有较高的容量以及较好的循环稳定性。然后,我们通过金属Cu粉与原料共混的方式制备了Li3V2(PO4)3/Cu复合正极材料。该材料相对于纯相Li3V2(PO4)3具有更高的电导率、更大的锂离子扩散系数、更高的比容量以及更好的循环性能。最后,我们使用固相法制备了钠基正极材料Na2FePO4F。通过对其进行表面碳包覆大大地降低了材料的颗粒尺寸,提高了材料的循环稳定性以及倍率性能。采用元素分析以及恒流充放电等手段深入分析了材料的充放电机理,并首次使用交流阻抗以及恒电位间歇滴定技术计算了材料的离子扩散系数。


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