锂离子电池复合正极材料xLiVPO4F·yLi3V2(PO4)3/C的合成与性能研究

摘要

随着动力汽车的普及，锂离子电池进入了发展的黄金时期。在锂离子电池及其正极材料研究现状的基础上，本文以 LiVPO4F、Li3V2(PO4)3和 xLiVPO4F·yLi3V2(PO4)3为研究对象，系统的研究了材料的合成方法、物相结构、表面形貌和电化学性能。
　　采用两步碳包覆辅助固相球磨法制备了xLiVPO4F·yLi3V2(PO4)3/C(x:y=1:0、1:1、2:1、3:1、7:1、0:1)正极材料，研究了材料结构、形貌及电化学性能。研究结果表明：750℃下焙烧1h合成的LiVPO4F/C为纯相，颗粒粒径分布均匀，该样品在0.1、0.2、0.5、1和2C倍率下的首次放电比容量分别为147.2、129.4、113.5、97.1和75.7 mAh g-1，0.1C下经过50次循环后容量保持率仅为71.78％；750℃下煅烧12h合成的Li3V2(PO4)3/C粒径分布均匀且电化学性能最优，其在0.1、0.2、0.5、1和2C倍率下的首次放电容量分别为141.5、131.6、127.4、119.8和109.4 mAh·g-1，0.1C倍率下经过50次循环容量保持率高达97.7%；研究了不同复合比例的xLiVPO4F·yLi3V2(PO4)3/C(x:y=1:1、2:1、3:1、7:1)正极材料的结构、形貌及电化学性能：XRD结果表明xLiVPO4F·yLi3V2(PO4)3/C复合材料由LiVPO4F和Li3V2(PO4)3两相组成。SEM结果表明2LiVPO4F·Li3V2(PO4)3/C复合材料粒径最小且分布均匀。电化学测试结果表明2LiVPO4F·Li3V2(PO4)3/C综合了LiVPO4F和Li3V2(PO4)3各自优点，具有最佳的电化学性能。该样品在4.2、4.1、3.7和3.6V左右具有四个放电平台，在0.1、0.2、0.5、1和2C倍率下的首次放电比容量分别为143.9、142.6、130.4、119.1和112.6 mAh·g-1，经过40次循环(0.1-2C)后回到0.1C倍率下的容量保持率高达98.1%。
　　采用溶胶凝胶法制备了xLiVPO4F·yLi3V2(PO4)3/C(x:y=1:0、2:1、0:1)正极材料，研究了材料结构、形貌及电化学性能。研究结果表明：750℃下焙烧1h合成的LiVPO4F/C为纯相，颗粒呈多孔结构，该样品在0.1、0.2、0.5、1和2C倍率下的初始放电比容量分别为141.1、125.2、106.3、87.9和71.5 mAh·g-1，0.1C下循环50次后容量保持率为89.22%；750℃下煅烧16h合成的Li3V2(PO4)3/C孔径分布均匀且电化学性能最优，该样品在0.1、0.2、0.5、1和2C倍率下的首次放电容量分别为136.1、138.8、130.2、124.4和115.7mAh·g-1，0.1C倍率下循环50次后的容量保持率为96.9%；研究了2LiVPO4F·Li3V2(PO4)3/C复合材料的结构，形貌及电化学性能：XRD测试结果表明该复合材料由LiVPO4F和Li3V2(PO4)3两相组成。SEM结果表明该复合材料疏松多孔且表面附着纳米级薄片。电化学测试表明2LiVPO4F·Li3V2(PO4)3/C综合了LiVPO4F和Li3V2(PO4)3各自优点。该样品在4.2、4.1、3.7和3.6V左右具有四个放电平台，在0.1、0.2、0.5、1和2C倍率下的首次放电比容量分别为143.4、141.6、133.2、124.1和117.6mAh·g-1，经过40次循环(0.1-2C)后回到0.1C倍率下的容量接近初始值。
　　采用喷雾干燥法制备了xLiVPO4F·yLi3V2(PO4)3/C(x:y=1:0、2:1、0:1)正极材料，系统研究了材料结构、形貌及电化学性能。研究结果表明：750℃下焙烧1h合成的LiVPO4F/C为纯相，颗粒呈球状，该样品在0.1、0.2、0.5、1和2C倍率下初始放电比容量分别为137.9、131、115.2、95.7和77.2mAh·g-1，0.1C倍率下循环50次后容量保持率为91.59%；750℃下煅烧8h合成的Li3V2(PO4)3/C结晶度良好且球径分布均匀，该样品在0.1、0.2、0.5、1和2C倍率下初始放电比容量分别为143.6、140.4、132.6、126.4和111.9mAh·g-1，0.1C倍率下循环50次后的容量衰减率仅为2.79%；研究了2LiVPO4F·Li3V2(PO4)3/C复合材料的结构，形貌及电化学性能：XRD结果表明该复合材料由LiVPO4F和Li3V2(PO4)3两相组成。SEM结果表明该复合材料呈球状，球径分布在2-5μm。电化学测试表明2LiVPO4F·Li3V2(PO4)3/C电化学性能优异。该样品在4.2、4.1、3.7和3.6V左右有四个放电平台，在0.1、0.2、0.5、1和2C倍率下的初始放电比容量分别为139.4、134.7、129.8、123.8和114.8 mAh·g-1，经过40次循环(0.1-2C)后回到0.1C倍率下的容量保持率为94.8%。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2锂离子电池

1.3锂离子电池正极材料研究进展

1.4 本课题的研究目的和主要内容

第二章 实验内容和方法

2.1 实验仪器与试剂

2.2 材料制备

2.3 材料表征

2.4 电池组装与电化学性能测试

第三章 球磨法制备xLiVPO4F·yLi3V2(PO4)3/C正极材料及其性能研究

3.1 引言

3.2 球磨法制备LiVPO4F/C正极材料及性能研究

3.3 球磨法制备Li3V2(PO4)3/C正极材料及性能研究

3.4 球磨法制备xLiVPO4F·yLi3V2(PO4)3/C复合正极材料及性能研究

3.5 本章小结

第四章 溶胶凝胶法制备xLiVPO4F·yLi3V2(PO4)3/C正极材料及其性能研究

4.1 引言

4.2 溶胶凝胶法制备LiVPO4F/C正极材料及性能研究

4.3 溶胶凝胶法制备Li3V2(PO4)3/C正极材料及性能研究

4.4 溶胶凝胶法制备2LiVPO4F·Li3V2(PO4)3/C复合正极材料及性能研究

4.5 本章小结

第五章 喷雾干燥法制备xLiVPO4F·yLi3V2(PO4)3/C正极材料及其性能研究

5.1 引言

5.2 喷雾干燥法制备LiVPO4F/C正极材料及性能研究

5.3 喷雾干燥法制备Li3V2(PO4)3/C正极材料及性能研究

5.3 喷雾干燥法制备2LiVPO4F·Li3V2(PO4)3/C复合正极材料及性能研究

5.4 本章小结

第六章 结论

参考文献

攻读硕士期间的主要研究成果

致谢