水系可充锂离子电池嵌锂化合物的修饰及电化学性能研究

摘要

本文致力于高安全性、低成本的水系可充锂离子电池的嵌锂化合物，包括橄榄石LiFePO4、尖晶石LiMn2O4及单斜晶型Li3V2(PO4)3的制备及多种修饰，在此基础上研究了各种修饰方法对锂离子嵌入化合物电化学性能的影响。为了满足实际应用要求，初步探索了水系可充锂离子电池V2O5/LiMn2O4的锂离子嵌入/脱出机理。
　　 1.导电聚吡咯为碳源修饰橄榄石LiFePO4的研究
　　 利用环境友好的水热法合成了粒径约10μm的LiFePO4粉末，为了改善其比容量和倍率性能，通过原位化学聚合生成导电聚吡咯包覆层，然后进行高温碳化得到了LiFePO4/C复合物。导电聚吡咯作为一种特殊碳源，在高温碳化过程中形成了一种芳环化合物，可以显著提高材料的导电性能，从而实现了比容量的提高和电化学循环稳定性的改善。
　　 2.多壁碳纳米管(MWNTs)修饰尖晶石LiMn2O4的研究
　　 利用高温固相法合成了尖晶石型LiMn2O4材料，针对LiMn2O4导电性能及循环稳定性差的缺点，对该材料进行了多壁碳纳米管(MWNTs)的复合。将MWNTs包裹于LiMn2O4表面，增加了材料导电率，同时减小了固相法合成颗粒的尺寸，改善了颗粒分布的均匀性，获得了电化学比容量的增加以及充放电倍率性能的改善。
　　 3.过渡元素锰、钛掺杂Li3V2(PO4)3的研究
　　 采用LiF为锂源，通过高温固相法一步合成了单斜晶型Li3V2(PO4)3粉末，为了改善材料的导电性能，掺杂了锰、钛过渡金属元素，对改性后的样品进行了物相结构分析和形貌观察分析，通过恒电流充放电测试确定了锰、钛掺杂比例的最佳值，详细研究了在不同倍率下，掺杂复合材料的充放电比容量及电化学倍率性能。
　　 4.水系混合电池V2O5/LiMn2O4锂离子嵌入/脱出机理研究
　　 利用分析纯V2O5与LiMn2O4材料进行电荷匹配，组装了水系混合电池V2O5/LiMn2O4，研究了锂离子在水系电解液中的嵌入/脱出机理。同时利用恒流充放电测试初步探索了影响该混合体系电化学稳定性的因素。