一步碳热还原合成掺杂Li3V2(PO4)3/C及其性能的研究

摘要

Li3V2(PO4)3因其工作电压高、比容量高、良好的电化学和热稳定性、使用寿命长等优点，有望成为动力型锂离子电池正极材料。然而电导率低限制了它的实际应用，如何提高其电导率成为改善其电化学性能的关键。
　　 本文采用一步碳热还原法制备了Li3V2(PO4)3/C和Na+、Cu2+、Fˉ掺杂的Li3V2(PO4)3/C复合正极材料，并用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、循环伏安法(CV)、电化学阻抗谱(EIS)和恒电流充放电技术研究了合成工艺和掺杂对材料结构、微观形貌、充放电性能和锂离子脱嵌过程的影响。
　　 一步碳热还原合成Li3V2(PO4)3/C的研究表明：材料放电容量随烧结温度、烧结时间和蔗糖用量的增加先增大而后减小，烧结温度对样品的影响最大。一步碳热还原合成Li3V2(PO4)3/C的最佳工艺条件为：烧结温度800℃、烧结时间20h、蔗糖用量0.4。此条件下制备的样品在0.5C、2C、5C的首次放电比容量分别为121.4、111.0、102.1mAh·g-1，50次后的容量保持率分别为98.3％、96.6％和98.3％。
　　 XRD、SEM、FTIR、CV和EIS研究表明：掺杂少量Na+、Cu2+和Fˉ不影响材料Li3V2(PO4)3的基本结构，但可在Li3V2(PO4)3形成电子缺陷，降低极化和电荷转移电阻，提高锂离子的扩散系数，从而改善了材料的电化学性能。与Li3V2(PO4)3/C相比，Li2.98Na0.02V2(PO4)3/C、Li3V1.98Cu0.02(PO4)3/C和Li3V2[(PO4)0.95F0.05)]3/C在倍率为15C下的第50次放电容量分别提高12.1、10.8、29.8mAh·g-1，具有较好的倍率性能和循环性能。