低电压高容量锂电池钒基负极材料的合成及电化学性能研究

摘要

锂离子电池由于具有高容量、低成本、长寿命、安全性和无污染等优点，正成为目前储能领域主要使用的的二次电池。电极材料对电池的性能有着最终的决定性作用，因此对电极材料不断的的研究探索不仅重要而且意义非凡。钒基负极材料是一种全新的负极材料，其电压平台低、容量高、安全性好、能量密度高等，正逐渐成为研究的热点。
　　钒酸锂（Li3VO4）作为一种负极材料，其工作平台电压为0.5 V左右的水平，理论比容量高达394 mAh/g，倍率性能和循环性能相对较高。但是其存在首次不可逆容量较高等缺点未能得到良好的解决，因此有必要通过对其进一步研究寻找影响因素和解决方案。本文对该负极材料采用溶胶凝胶法制备，通过分析不同煅烧温度、不同煅烧时间、不同溶液pH等因素对材料晶体结构的变化、形貌差别和电化学性能高低的影响。研究发现溶液调节在pH=4.5，煅烧温度保持为600℃，煅烧时间设定为12 h的条件下，制备的材料性能最优秀。在设定充放电倍率0.1C，0.2C和0.5C下，得到的首次放电比容量分别为472 mAh/g、384 mAh/g和389 mAh/g。充放电50次后，充放电比容量仍高达288 mAh/g、322 mAh/g和232 mAh/g。其中0.1C下，材料的充放电平台分别为1.3 V和0.7 V。材料在循环性能表现良好，其应用前景可以预见。
　　LiC uVO4作为负极材料，其工作平台电压与Li3VO4同为0.5 V，然而其充放电容量远高于后者，具有较高的循环性能和倍率性能。然而该材料存在首次不可逆容量较高难以解决，因此需要不断研究寻找改良方法。本文对 LiC uVO4采用传统固相法制备，通过分析煅烧温度的高低、煅烧时间长短对其晶体结构差异、形貌变化和电化学性能优劣的影响。实验中通过对比发现在溶液煅烧温度设定为550℃，煅烧时间保持为16 h下，所制备的材料在设定的实验条件下有着最好的电化学性能。在充放电倍率50 mA/g、200 mA/g和500 mA/g下，首次放电比容量分别为808 mAh/g、749 mAh/g和787 mAh/g。循环50次后，充放电比容量仍高达406 mAh/g、387 mAh/g和376 mAh/g。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 锂离子电池发展现状

1.3 正极材料研究进展

1.4对锂离子电池负极材料要求

1.5 锂离子电池负极材料研究进展

1.6 选题意义和研究内容

第2章 实验方法

2.1 实验材料及实验设备

2.2 实验方法

2.3 电池组装

2.4 物理性能表征

第3章 L i3VO4负极材料合成与电化学性能研究

3.1 引言

3.2 材料的制备

3.3 煅烧温度对合成材料性能的影响

3.4 煅烧时间对材料性能影响

3.5 溶液pH值对合成材料性能的影响

3.6 Li3VO4负极材料充放电机理

3.7 本章小结

第4章 LiCuVO4负极材料合成与电化学性能研究

4.1 引言

4.2 材料的制备

4.3 煅烧温度对材料性能的影响

4.4 煅烧时间对材料性能的影响

4.5 LiCuVO4负极材料充放电机理

4.6 LiCuVO4与Li3VO4充放电机理对比

4.7 本章小结

结论

参考文献

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致谢