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LiV_xFe_(1-x)PO_4/C正极材料的制备及其电化学性能研究

周克勤  
【摘要】: 本文采用高温固相法合成了LiV_xFe_(1-x)PO_4/C正极材料。通过X射线衍射(XRD)研究表明制得的LiV_xFe_(1-x)PO_4/C晶体结构与标准LiFePO_4的晶体结构相一致;循环伏安谱图未观察到V的氧化还原峰,表明V取代了Fe2+的位置进入了LiFePO_4骨架而未改变其骨架结构。扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析表明加入的碳源在LiFePO_4颗粒外形成了碳包覆层。 研究表明,LiV_xFe_(1-x)PO_4/C比纯的LiFePO_4/C具有更高的充放电容量和更好循环性能。通过考察不同焙烧条件及V掺杂量对LiV_xFe_(1-x)PO_4/C性能的影响发现,随着焙烧温度的提高,LiV_xFe_(1-x)PO_4/C的结晶度增加,但其放电容量和循环性能降低;研究在同一焙烧温度下改变焙烧时间时发现,焙烧时间越长其样品的结晶度越好,但其放电容量和循环性能却随之降低。 随着V掺杂量的提高材料的放电容量也随之增加。V的掺杂有利于提高LiFePO_4/C的循环性能,但当V的参杂量进一步增加时LiV_xFe_(1-x)PO_4/C的循环性能却随之降低,研究表明V的掺杂量为x=0.05时材料循环性能最好。 采用微波高温固相法和溶胶凝胶法分别合成了Li_3V_2(PO_4)_3/C复合材料和纯Li_3V_2(PO_4)_3材料。考察微波高温焙烧温度和反应时间对Li_3V_2(PO_4)_3/C样品晶体结构以及电化学性能的影响。充放电研究表明:以过量5%抗坏血酸为碳源在微波700℃下烧结10 min合成样品电化学性能较好。该样品在充放电截止电压为3-4.2V,0.1 C倍率进行充放电,首次放电比容量为112 mAh/g,且循环40次后,放电比容量仍为106.5 mAh/g。考察了溶胶凝胶法制备纯Li_3V_2(PO_4)_3相的晶体结构以及电化学性能,充放电研究表明:溶胶凝胶法制备的Li_3V_2(PO_4)_3前驱物在微波750℃下烧结10 min合成样品的在充放电截止电压为3-4.2 V时,以0.05 C倍率进行充放电,首次放电比容量为106.4 mAh/g。


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