锂离子电池正极材料磷酸钒锂/石墨烯的制备及电化学性能研究

摘要

磷酸钒锂(Li3V2(PO4)3)作为锂离子动力电池的首选正极材料具有价格低廉、环境友好、安全性高、循环性能突出等优点，已成为目前竞相研究的热点之一。然而Li3V2(PO4)3的电化学性能需要提高。由于Li3V2(PO4)3电子导电率和锂离子扩散速率较低，严重制约了材料在动力电池领域的应用。石墨烯作为新的碳材料能够有效的克服其缺点，掺杂少量石墨烯不仅能够提高Li3V2(PO4)3的电子电导率，同时也提高其倍率性能。 采用溶胶凝胶法以氧化石墨烯(GO)为碳源合成了具有单斜结构的Li3V2(PO4)3/GN复合正极材料。考察了烧结温度、烧结时间和GO的添加量对Li3V2(PO4)3/GN电化学性能的影响。结果是当烧结温度在800℃，焙烧10h合成的Li3V2(PO4)3/GN具有较高电化学性能。采用循环伏安法和交流阻抗技术研究了Li3V2(PO4)3/GN的电极过程动力学过程。电化学性能测试结果表明，当GO和Li3V2(PO4)3质量比为0.02∶1时Li3V2(PO4)3/GN在0.1C、0.5C、1C和2C倍率下具有良好的放电比容量，分别为128.3、124.6、122.1和117.6mAh/g。在该实验条件下，氧化石墨烯被还原为石墨烯(GN)，以GN为碳材料制备Li3V2(PO4)3/GN复合物。XRD和SEM结果表明，少量的石墨烯没有改变磷酸钒锂的晶体结构。电化学测试结果表明，Li3V2(PO4)3/GN复合材料在0.1C和10C倍率下放电比容量分别达到140.6和111mAh/g。在60次充放电循环后放电比容量保持在108mAh/g。抗坏血酸(VC)改性氧化石墨烯(mGO)为碳材料制备的Li3V2(PO4)3/GN复合材料在0.1C和10C下放电比容量分别为134.9mAh/g和91.4mAh/g。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1引言

1．1．1锂离子电池的发展概述

1．2锂离子电池正极材料

1．2．1钻酸锂

1．2．2锰酸锂

1．2．3磷酸铁锂

1．2．4磷酸钒锂

1．3磷酸钒锂的制备方法

1．4本文选题背景和研究内容

第2章材料的合成与表征方法

2．1实验试剂与仪器

2．1．1试剂

2．1．2仪器

2．2实验步骤

2．2．1氧化石墨烯的制备

2．2．2石墨烯的制备

2．2．3溶胶凝胶法制备Li3V2(PO4)3／石墨烯

2．3结构和形貌表征

2．4电化学性能表征

2．4．1充放电性能

2．4．2循环伏安曲线

2．4．3交流阻抗谱

2．4．4样品放电比容量的计算

第3章氧化石墨烯合成Li3V2(PO4)3／石墨烯

3．1前言

3．2结果与讨论

3．2．1紫外光谱

3．2．2红外光谱

3．2．3 TEM

3．2．4不同制备条件对Li3V2(PO4)3／石墨烯电化学性能的影响

3．2．5氧化石墨烯添加量对Li3V2(P0O)3／石墨烯动力学性能的影响

3．3本章小结

第4章改性氧化石墨烯合成Li3V2(PO4)3／石墨烯

4．1前言

4．2实验部分

4．2．1改性氧化石墨烯的制备

4．2．2 Li3V2(PO4)3／石墨烯的制备

4．3结果与讨论

4．3．1 SEM

4．3．2 XRD

4．3．3红外谱图

4．3．4充放电和循环性能

4．3．5倍率性能测试

4．3．6交流阻抗谱

4．4本章小结

5．1结论

5．2展望

参考文献

致谢