锂离子电池氟磷酸钒锂正极的掺杂改性研究

发布时间：2020-05-29 04:03

【摘要】：锂离子电池新型正极材料LiVP04F具有高电压、高比容量、热稳定性好,循环性能优异、安全性能高等优点,因而成为国内外研究的热点。但由于纯相LiVP04F合成困难、电子电导率低、锂离子扩散系数不高,这一系列问题制约了其工业化应用。当前LiVPO4F的改性研究主要集中在寻找新的合成方法、炭源包覆、掺杂金属离子等。本论文采用Ti4+、Mn4+、Al3+等金属离子掺杂LiVPO4F的V位,探讨离子掺杂对材料的结构、形貌以及电化学性能的影响;在此基础上,首次采用一步水热法制备了 A13+掺杂的LiVo.97Al0.03PO4F/C正极材料,并对其合成机理、成球原因进行了分析。主要研究内容如下:(1)采用新型溶胶凝胶法制备Ti4+掺杂的LiVPO4F/C正极材料,研究发现掺杂量为3%的LVPF-T3样品0.2 C时的放电比容量为134.1 mAh/g,在5 C时循环50次后的容量保持率为较高的96.40%,掺杂量为2%的样品在0.5 C小倍率时得循环性能优于LVPF-T2。(2)Mn4+掺杂研究表明,掺杂量为2%时材料的电化学性能最佳,在0.2 C时的放电比容量为131.2 mAh/g,在0.5C和5 C时的循环性能得到明显提升。随着掺杂量的增加,电荷转移阻抗明显降低。(3)采用AIF3进行掺杂形成的LiA1PO4F与LiVPO4F结构相同,二者更容易形成固溶体,从而改善材料晶格内部的电导率。掺杂并未改变LiVPO4F的三斜结构,而且F-还能抑制杂相Li3V2(P04)3的形成。掺杂量为3%时合成的LiV0.97Al0.03PO4F/C 在 0.2 C 时的放电比容量为最优的 140.9 mAh/g;LVPF-A3 的锂离子扩散系数明显提高、材料循环性能优异。在-10 ℃、55 ℃时,材料具有优异的高低温性能,充放电后极片的XRD图谱表明材料仍具有完整的晶体结构。(4)首次采用新型的一步水热法合成LiV0.97Al0.03PO4F/C正极材料。当加入4 mL氨水、pH为6.41时,所合成的样品颗粒尺寸均匀、呈球形形貌,其0.1 C时的放电比容量为91.0mAh/g。当Li摩尔比为1.4时,材料中形成了大量的球形颗粒,此材料的电化学性能最优,在0.1 C、5 C时放电比容量分别为135.1 mAh/g、104.7 mAh/g。
【图文】：

１．５氟a愃峁祜�正极材料研究进展逡逑１．５．１氟磷酸钒锂正极材料的基本特点逡逑ＬｉＶＰ０４Ｆ正极材料｜８２＿８４１属于三斜晶系结构，结构示意图如图１．２所示，其晶逡逑胞参数为邋ａ＝５．１６８７邋Ａ，ｂ＝５．３０邋６２邋Ａ，邋ｃ＝７．５０３１邋Ａ，邋ａ＝邋６６．８５６。，Ｐ邋＝邋６７．００４。，，ｙ邋＝逡逑８１．５８�

本文编号：2686362