磷酸钒锂正极材料的制备及其性能研究

发布时间：2018-03-11 12:14

本文选题：正极材料　切入点：磷酸钒锂　出处：《安徽工业大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：由于我国正在向低碳经济模式转型,人们对经济有效的能源存储方案的需求越来越迫切。而锂离子电池(LIB)由于其更高的能量密度,能量转换效率和更长的使用寿命而引起了人们极大的关注。锂离子电池(LIB)被认为是应用于现代电子产品,尤其是电动车辆(EV)和插电式混合动力电动车辆(PHEV)的最有潜力的新型能源之一。正极材料是锂离子电池(LIB)的关键部分,决定了其电化学性能,安全性和成本。单斜结构Li_3V_2(PO_4)_3具有许多优点:(1)高能量密度;(2)高理论容量(197m Ah/g)和工作电压(高达4.6V);(3)Li~+迁移率高;(4)优异的热稳定性和循环稳定性;(5)高安全性能。然而,Li_3V_2(PO_4)_3具有较差的本征电子电导率(2.4×10~(-7) S·cm~(-1)),限制了其商业应用。本硕士论文在总结前人的研究基础上,分别采用碳热还原法、水热法和溶胶-凝胶法改进了材料的电化学性能,并采用XRD、SEM和电化学测试等手段对样品的结构、形貌以及电化学性能进行了表征和测试。本文的研究内容如下:1、采用碳热还原法以蔗糖(20 wt%)为碳源制备了具有单斜结构的Li_3V_2(PO_4)_3/C复合材料,考察了Li_3V_2(PO_4)_3/C复合材料的电化学性质。结果表明:制备的Li_3V_2(PO_4)_3/C颗粒分布均匀,颗粒尺寸为100-500 nm且碳均匀包覆在样品表面,有利于缩短Li_3V_2(PO_4)_3中锂离子的扩散路径。该样品在电压区间3.0-4.3 V,0.5 C倍率下的首次放电容量为105.51 m Ah/g,78次循环后,样品的放电比容量为99.55 m Ah/g,容量保持率高达94.35%,库伦效率保持率为98.89%。2、采用水热法,首次以PVP为碳源,以草酸为碳源和螯合剂,当PVP添加量为10 wt%,煅烧温度为750℃下制备出了具有单斜结构的Li_3V_2(PO_4)_3/C复合材料,考察了Li_3V_2(PO_4)_3/C复合材料的电化学性质。结果表明:制备的Li_3V_2(PO_4)_3/C形貌为颗粒与棒状混合结构,颗粒尺寸为100-500 nm,棒状结构长度为500 nm-1 um,宽度小于10 nm。样品的循环稳定性和倍率性能优良,在电压区间3.0-4.3 V时,在10 C的高倍率下,样品的首次放电比容量为85.32m Ah/g,10次循环后的放电容量仍有85.25 m Ah/g,容量保持率为99.92%。3、采用溶胶凝胶法以PVP(10 wt%)为碳源制备了具有单斜结构的Li_3V_2(PO_4)_3/C复合材料,考察了Li_3V_2(PO_4)_3/C复合材料的电化学性质。结果表明:制备的Li_3V_2(PO_4)_3/C颗粒表面具有多孔结构,孔尺寸小于200 nm,有利于电解液的渗透。样品表现出优异的循环稳定性和倍率性能。在3.0-4.8 V,在5C的高倍率下,样品的首次放电比容量为115.39 m Ah/g,10次循环后的放电容量为111.25 m Ah/g,容量保持率高达96.40%。4、作者阐述了论文结论,对比了三种实验方法,对论文的不足做出总结,对未来的工作进行了展望。
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【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM912

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