收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

锂离子电池正极材料Li_3V_2(PO_4)_3/C的制备及电化学性能研究

李玲芳  
【摘要】:锂离子电池广泛应用于通讯器材、新能源汽车、家用电器及国防领域等方面,是一种值得大力推广与应用的化学储能器件。在锂离子电池的成本构成中,正极材料约占30-40%,是锂离子电池发展的关键。NASICON结构的聚阴离子化合物磷酸钒锂(Li_3V_2(PO_4)_3)具有稳定的结构、快速的离子迁移速率和优异的安全性,其理论容量在聚阴离子型正极材料中最高。但是其结构中的VO_6八面体被PO_4四面体分离,限制了Li_3V_2(PO_4)_3的导电性,从而影响其倍率性能和循环性能。此外,在高电位下(~4.8V)循环时其容量迅速衰减。因此合成高比容量和长循环寿命的Li_3V_2(PO_4)_3为该材料的研究热点。在本论文中,首先优化了Li_3V_2(PO_4)_3材料的固相法合成工艺参数,研究了碳源种类与碳包覆量对材料结构与电化学性能的影响,然后系统探讨了以溶胶凝胶法对Li_3V_2(PO_4)_3进行碳包覆和金属离子掺杂改性的过程,最终制备出具有较高导电率和良好倍率性能的磷酸钒锂/碳复合材料。主要研究内容与结果如下:(1)采用正交实验法分析了预分解过程对Li_3V_2(PO_4)_3电化学性能的影响,得到最佳预分解参数为:球磨时间3h、预分解温度350℃、预分解时间5h、保护气体流量100m L/min。再探讨了烧结温度与时间对试样的晶型结构、表面形貌和电化学性能的影响。实验证明,800℃烧结16h后获得的试样具有典型的单斜晶系结构,颗粒较小且分布均匀,循环性能与倍率性能良好,0.2C下充放电比容量达到129.2m Ah/g和124.4m Ah/g,循环30次后放电比容量为121.3m Ah/g。(2)以乙炔黑、葡萄糖、环氧树脂和酚醛树脂为碳源合成了Li_3V_2(PO_4)_3/C正极材料。研究表明,高分子碳源环氧树脂和酚醛树脂可原位实现热解与包覆,热解后生成高导电性碳膜,改善了正极材料的倍率性能和循环性能,降低了电荷转移电阻。再以酚醛树脂作为碳源,研究了碳含量对Li_3V_2(PO_4)_3/C电化学性能的影响。当碳含量为5wt.%时,试样颗粒细小均匀,倍率性能最佳,0.2C和5C倍率下放电比容量分别为129.1m Ah/g和103.9m Ah/g,电荷转移电阻为59.04?。(3)利用溶胶凝胶法制备前驱体,再加入碳源材料葡萄糖、酚醛树脂和PVDF进行球磨,在750℃下烧结10h后得到Li_3V_2(PO_4)_3/C正极材料。结果表明以酚醛树脂和PVDF为碳源所制备的正极材料具有优异的电化学性能,2C倍率下容量大于120m Ah/g,5C和15C倍率下容量约为110 m Ah/g和95m Ah/g。且循环性能良好,5C下循环50次容量无衰减,EIS结果显示两种试样电荷转移电阻分别为41.2?和36.8?。(4)以PVDF为碳源,采用溶胶凝胶法合成了Ti~(4+)掺杂V位的Li_3V_2-(4/3)x Tix(PO_4)_3/C材料。XRD精修分析证明Ti~(4+)掺杂使晶格参数与晶胞体积发生变化,且掺杂量越大变化越明显,元素分析结果证明Ti~(4+)均匀分布于正极材料颗粒中。合适的Ti~(4+)掺杂量(x=0.03~0.06)能够改善材料的电子电导率,提高锂离子扩散系数,从而有效的提高正极材料的倍率性能和循环性能,在15C高倍率下充放电比容量约为110m Ah/g,5C下循环50次容量无衰减。而当掺杂量较大(x0.06)时,由于晶格变形较大引起了电化学性能不稳定。(5)以PVDF为碳源,采用溶胶凝胶法合成了Na+掺杂Li位的Li2.5Na0.5V2(PO_4)_3材料。XRD结果表明正极材料中形成了斜方晶系的Li2Na V2(PO_4)_3杂相,为单斜/斜方两相共存。试样的充放电曲线、循环伏安曲线和Li_3V_2(PO_4)_3不同,工作电位主要为3.7-3.8V,克服了Li_3V_2(PO_4)_3具有多个电位平台的缺点,12C倍率下充放电比容量为80-90m Ah/g。再合成微量掺杂Na+的正极材料Li_(3-x)Na_xV_2(PO_4)_3(x=0、0.01、0.03、0.05、0.07),结果表明微量钠掺杂不会形成斜方晶系的共存相。12C倍率下,x=0.03试样充放电比容量低于100m Ah/g,锂离子扩散系数为10~(-8)-10~(-7)cm~2/s,电化学性能不及Li_3V_(1.92)Ti_(0.06)(PO_4)_3/C。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李仕群;胡佳山;;粉煤灰物理化学性能评述[J];山东建材学院学报;1989年01期
2 戴忠旭,詹晖,周运鸿,桂嘉年,王仁卉;尖晶石锂锰氧化物中氧缺陷对材料电化学性能的影响[J];武汉大学学报(理学版);2003年03期
3 龚茜,谭攸庚;钌钛锡氧化物阳极表面形态及电化学性能研究[J];氯碱工业;1995年05期
4 屠德周;雷永泉;陈立新;吕光烈;魏范松;;退火处理对La-Mg-Ni-Co合金电化学性能的影响[J];浙江大学学报(工学版);2007年03期
5 余祖孝;陈建;郝世雄;韩选平;;添加剂对铝阳极电化学性能的影响[J];电源技术;2007年06期
6 孙泉胜;肖来荣;;Zn-0.3Bi-0.06Ti合金的制备与电化学性能[J];电源技术;2012年03期
7 邓凌峰;陈洪;;2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑的合成及电化学性能[J];材料导报;2009年22期
8 许树茂;陈杰勇;邓淇彬;高爱梅;舒东;;不同掺炭比例对超级电池负极铅膏电化学性能的影响[J];蓄电池;2013年05期
9 李运姣,常建卫,李洪桂,赵中伟,孙召明,霍广生,孙培梅;富锂型掺钴尖晶石锂锰氧化物的结构与电化学性能[J];中南大学学报(自然科学版);2004年03期
10 李林艳;崔晓兰;单忠强;田建华;刘肖燕;;不同粘结剂对锂-硫电池电化学性能的影响[J];功能材料;2014年11期
11 王宏丽;;纳米CoTiO_3对高铁酸钡电化学性能影响的研究[J];昆明理工大学学报(理工版);2009年01期
12 邓凌峰;陈洪;;2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑的电化学性能[J];电源技术;2010年02期
13 高虹;LiNi_yM_(1-y)O_2(M=Co,Mn,Ti,0<y<1)的制备和性能[J];电源技术;2001年04期
14 郭光辉;张克立;黄峰;易德莲;周瑜;;铁酸钴的流变相合成及电化学性能研究[J];武汉科技大学学报(自然科学版);2007年04期
15 唐爱东;王海燕;吴晓;黄可龙;;掺杂锂镍钴锰氧材料的合成及电化学性能[J];电源技术;2007年12期
16 郑伟;胡信国;张翠芬;;新型锂蓄电池正极复合材料的制备和电化学性能研究[J];稀有金属材料与工程;2006年08期
17 刘志超;卢嘉春;黄萍;朱敏华;方荃;;几种氟化碳材料的结构与电化学性能[J];材料保护;2013年S2期
18 汤昊,冯传启,刘浩文,雷太鸣,张克立,孙聚堂;掺杂Y~(3+)的锂锰尖晶石的合成及其电化学性能研究[J];化学学报;2003年01期
19 刘文刚;许云华;杨蓉;HOJAMBERDIEV Mirabbos;周志斌;;热处理温度对多元醇合成Li_2MnSiO_4/C电化学性能的影响(英文)[J];无机材料学报;2010年03期
20 童国秀;官建国;吴文华;李良超;关瑶;华桥;;海胆状α-Fe_2O_3纳米材料的制备与电化学性能[J];中国科学:技术科学;2010年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郄富昌;彭庆文;唐致远;;锂离子电池负极材料Li_2ZnTi_3O_8/C纳米颗粒的制备及其电化学性能[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年
2 李良超;郝仕油;林秋月;应桃开;;纳米氧化锰的制备及其电化学性能研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
3 刘志超;党海军;陈广宇;张自禄;;氟化石墨的制备与电化学性能[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
4 张森;李志勇;;氟化处理对储氢合金电化学性能的影响研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(下集)[C];2005年
5 季益刚;周益明;邵阳;戴跃华;俞燕青;王青;唐亚文;陆天虹;沈涛;;氢氧化镍的低热固相合成及其电化学性能[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
6 董怡辰;王振波;秦华;;炭包覆对动力锂离子电池正极材料电化学性能影响[A];第22届炭—石墨材料学术会论文集[C];2010年
7 侯磊;吴茂;何新波;曲选辉;;碳含量对磷酸钒锂电化学性能的影响[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年
8 邹红丽;招睿雄;沈培康;;钨掺杂LiFePO_4的合成和电化学性能研究[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年
9 樊小勇;江宏宏;黄令;孙世刚;;电镀锡作为锂离子电池负极材料的电化学性能研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
10 王婷;曹中秋;边静;;镁铝储氢电极合金的制备及电化学性能研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(下集)[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 卢桂霞;过渡金属氧化物锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究[D];山东大学;2015年
2 胡梅娟;金属氧化物基锂/钠离子电池负极材料制备与电化学性能研究[D];浙江大学;2014年
3 刘芳延;基于综纤维素制备炭基复合材料及其电化学性能研究[D];东北林业大学;2015年
4 江小剑;基于脱合金法的锰基微纳结构的构筑及其电化学性能研究[D];山东大学;2015年
5 王聪;锂离子电池电极材料Li_3V_2(PO_4)_3的制备及其电化学性能改性研究[D];北京化工大学;2015年
6 莫润伟;高性能锂离子电池正极材料LiV_3O_8的制备及其电化学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
7 历彪;钛的含氟氧化物及其锂化产物纳米粒子的合成、表征与电化学性能研究[D];中国科学技术大学;2015年
8 张春艳;复杂结构过渡金属氧化物及其复合物锂离子电池负极材料的制备及电化学性能[D];安徽大学;2016年
9 陶石;基于聚阴离子型锂/钠离子电池正极材料的结构调制及电化学性能研究[D];中国科学技术大学;2016年
10 司露露;碳复合钼基、钒基电极材料的制备及其电化学性能研究[D];中国科学技术大学;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 栗志同;钒基材料的合成、表征及其电化学性能研究[D];华南理工大学;2015年
2 王莎;多巴胺炭球及MOFs@硫复合材料的制备及其Li-S电池电化学性能研究[D];华南理工大学;2015年
3 燕平;氢驱动化学反应法制备Li_xal_ySi_z锂离子电池负极材料及其电化学性能[D];浙江大学;2015年
4 杜志玲;掺氮多孔碳的制备及其电化学性能研究[D];燕山大学;2015年
5 宋巧兰;新型离子液体的制备及其电化学性能研究[D];陕西科技大学;2015年
6 黄文静;新型导电聚合物-石墨烯电极材料的制备及电化学性能研究[D];南京理工大学;2015年
7 康怡然;纳米二氧化锰/碳材料复合电极材料的制备及其电化学性能的研究[D];郑州大学;2015年
8 张亦弛;低维氧化钼纳米材料微观结构及其电化学性能研究[D];南京理工大学;2015年
9 李涛;Fe-Mn-Ti-C锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究[D];山东大学;2015年
10 申亚举;水系锂离子电池负极材料LiTi_2(P0_4)_3的制备及性能研究[D];沈阳理工大学;2015年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 ;锌的性质与用途[N];期货日报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978