锂离子电池正极材料钒酸锂掺杂的电化学性能研究应用

摘要

进入21世纪，电化学与能源的关系越来越受到关注。锂离子电池作为一种新型环保型新能源，正快速进入到人类社会各个领域，并得到极大利用，在很大程度上已经能够影响人们的日常生活。锂离子电池能量密度大，输出电压高，循环寿命长，可以安全的快速充放电。与金属锂电池相比较，锂离子电池具有抗短路、抗冲击、防震，抗过充与过放等特点。而且锂离子电池中不含有镉、铅、汞等有害金属，不会对环境造成污染，是最具发展潜力的第三代环保型二次电池。锂离子电池无记忆性，可以随时反复充、放电。同时，锂离子电池还具有优良的低温放电性能。鉴于锂离子电池的这些优良性能，锂离子研究成为了新型环保型能源的研究重点，而锂离子正极材料的性能直接决定了锂离子电池的性能好坏。
　　本论文在第一章中介绍了锂离子电池的发展史、锂离子电池原理、锂离子电池对正极材料的要求及正极材料研究进展。在第二章到第四章主要介绍不同工艺制作的钒酸锂复合正极材料，结合SEM、XRD等研究方法，分析复合材料的相图组成，测试电化学性能，分析充放电比容量、首次循环性能、库仑效率等。
　　(1)以溶胶—凝胶法合成了掺杂Na的钒酸锂化合物Na0.1Li0.9V3O8，并研究了其电化学性能。研究结果表明，掺杂Na能有效改变钒酸锂的循环性能和放电容量。首次放电比容量高达253.5mA·h/g，在循环20次之后仍能保持220mA·h/g的比容量。
　　(2)以溶胶凝胶法合成了掺杂K的钒酸锂复合物K0.1Li0.9V3O8，对其电化学性能进行测试。测试结果表明，掺杂K能够改善材料大电流放电的性能提高充放电容量。在电压范围1.5V-4.0V时，首次放电容量达到295.3mA·h/g，库仑效率达到99.9％。在电压范围为2.0V-4.0V，大电流密度（0.6mA/cm2）放电时，放电容量达到272.5mA·h/g。
　　(3)采用低温固相法合成掺杂Zn的LiV3O8复合正极材料，并测试其作为锂离子电池正极材料的电化学性能，探讨Zn元素含量多少对材料电化学性能的影响，结果表明:LiV2.9Zn0.1O8复合材料首次放电比容量为257.82mA·h/g，库仑效率为99.8％，循环20次后放电比容量为234mA·h/g，库仑效率为99.78％，容量衰退较慢，库仑效率大幅度提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 锂离子电池的概述

1．2．1 锂离子电池的组成和工作原理

1．2．2 与锂离子电池有关的一些基本概念

1．2．3 正极材料选取原则

1．3 锂离子电池正极材料的研究进展

1．3．1 层状氧化物

1．3．2 锂锰氧化物

1．3．3 钒的氧化物

1．3．4 磷酸盐体系

1．3．5 有机导电聚合物材料

1．4 正极材料的制备方法

1．4．1 溶剂热法

1．4．2 溶胶凝胶法

1．4．3 高温反应法

1．4．4 低温固相反应法

1．4．5 机械化学活化法

1．5 正极材料的研究方法

1．5．1 X射线法(XRD)

1．5．2 扫描电子显微镜(SEM)

1．5．3 交流阻抗谱(EIS)

1．5．4 比表面积(SET)

1．5．5 红外光谱(IR)

1．6 本课题的研究内容与目的

第2章 溶胶—凝胶法制备NaxLi1-xV3O8及其电化学性能

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 主要实验试剂

2．2．2 主要实验仪器

2．2．3 溶胶—凝胶法合成NaxLi1-xV3O8

2．2．4 极片制备

2．2．5 电池组装

2．3 结果分析与讨论

2．3．1 XRD分析

2．3．2 形貌分析

2．3．3 充放电性能测试

2．3．4 样品循环性能分析

2．3．5 容量微分曲线

2．3．6 循环伏安曲线

2．3．7 电流密度对放电容量的影响

2．3．8 比表面积分析

2．4 本章小结

第3章 溶胶—凝胶法制备KxLi1-xV3O8及其电化学性能

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．2 主要实验试剂

3．2．2 主要实验仪器

3．2．3 溶胶——凝胶法合成KxLi1-xV3O8

3．2．4 极片制备

3．2．5 电池组装

3．3 结果分析与讨论

3．3．1 XRD分析

3．3．2 形貌分析

3．3．3 充放电性能测试

3．3．4 样品循环性能分析

3．3．5 循环伏安曲线

3．3．6 电流密度对放电容量的影响

3．3．7 比表面积分析

3．4 本章小结

第四章 固相法合成LiV2．9Zn0．1O8复合正极材料

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂

4．2．2 实验仪器

4．2．3 固相法合成LiV2．9Zn0．1O8复合物材料

4．2．4 极片制备

4．2．5 电池组装

4．3 结果分析与讨论

4．3．1 XRD分析

4．3．2 形貌分析

4．3．3 充放电性能测试

4．3．4 样品循环性能分析

4．3．5 循环伏安曲线

4．3．6 电流密度对放电容量的影响

4．3．7 比表面积分析

4．4 本章小结

第五章 总结

参考文献

在校期间发表的论文，科研成果等

致谢