锂离子电池Li3V2(PO4)3/C正极材料的制备与掺杂改性研究

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具有快速离子传导能力的单斜结构Li3V2(PO43正极材料以其结构稳定、循环性能优良、成本低廉、安全性好等优点日益引起人们关注的。然而,其相对较低的电子电导率造成该材料的倍率充放电性能较差,影响其商业化推广和应用。本文在综述其研究现在的基础上,针对其存在的低电导率的问题,分别采用四种不同的合成方法制备出Li3V2(PO43/C复合材料并进一步考察了采用Li3V2(PO43/C为正极,石墨和钛酸锂为负极的扣电全电池研究。采用碳热还原法合成Li3V2(PO43/C正极材料,得出优化合成工艺:球料比为10:1,煅烧温度为800°C,煅烧时间8h,柠檬酸添加量为0.02mol时,Li3V2(PO43的电化学性能最优;并进一步考察了聚酰胺粉体为新型碳源,分两步加入法合成Li3V2(PO43/C材料的电化学性能。结果表明:所合成材料在5C和10C倍率下的放电比容量经过100次循环后仍可达到119.52mAh g-1和112.70mAh g-1。采用溶胶凝胶法制备Li3V2(PO43/C材料,得出优化合成工艺为:pH=7,煅烧温度850°C,烧结时间8h,柠檬酸用量为0.018mol;并进一步考察Na+取代和Cl-取代对Li3V2(PO43/C性能的影响;结果表明:Na+的掺杂改善了Li+的扩散阻力,Cl-的掺杂强化了PO43-结构的稳定性。首次采用一种新型自催化溶胶凝胶法,以去离子水H2O为自催化剂合成了Li3V2(PO43/C材料。结果表明:所合成材料Li3V2(PO43的颗粒尺寸约为0.5μm至1.5μm之间。颗粒表面存在厚度约为4nm的碳层;该材料在10C倍率下的最高放电比容量达到115.72mAh g-1,具有优异的循环稳定性;并采用MWCNTs为导电介质,抗坏血酸为还原剂,溶胶凝胶法合成了MWCNTs@LVP/C复合正极材料;初步研究了V2O5与抗坏血酸比例在MWCNTs存在条件下对材料形貌的影响。首次采用溶胶微波法,在320W,12min的条件下合成出Li3V2(PO43/C,该材料表现出良好的结构稳定性和较低的极化,20C倍率比容量达到100mAh g-1。进一步首次采用一种新型原位聚合的方法,以丙烯酰胺为聚合单体、N’N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂、过硫酸铵为引发剂,合成了具有超高倍率放电容量(50C)的Li3V2(PO43/C复合材料,并对材料的相关电化学性能进行了考察。最后,采用自制Li3V2(PO43/C为正极,分别采用石墨和钛酸锂为对电极,研究了石墨的过量对LVP/石墨扣电全电池的影响以及LVP过量对LVP/钛酸锂扣电全电池的电化学性能的影响,分析了正负极容量匹配对CR2032型全电池性能的影响。
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