溶胶—凝胶法合成磷酸钒锂正极材料及其性能研究

发布时间：2017-08-31 06:44

  本文关键词：溶胶—凝胶法合成磷酸钒锂正极材料及其性能研究

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【摘要】：本论文系统研究了溶胶-凝胶法合成Li_3V_2(PO_4)_3/C复合材料的方法学,探究了合成过程中的关键影响因素(螯合剂、烧结温度、pH值和辅助方法)对材料性能的影响,使用XRD, SEM和拉曼光谱对合成材料的结构进行表征,用循环伏安法和电化学阻抗测试分析材料的电化学性能。以柠檬酸为螯合剂,分别在650℃、750℃和850℃下退火制备Li_3V_2(PO_4)_3/C材料进行对比,退火温度为650℃时合成的样品结晶不完全,有杂相存在,随着温度升高,材料的结晶性改善,但是温度升高到850℃时,所得颗粒的团聚现象非常严重,优化得到在750℃时,材料的结品性好,而且颗粒较小,团聚较少；以柠檬酸为螫合剂,750℃为退火温度经球磨干凝胶合成出Li_3V_2(PO_4)_3/C材料,与未球磨合成的Li_3V_2(PO_4)_3/C材料进行对比,发现球磨减弱了材料合成过程中颗粒的团聚现象,使颗粒尺寸均匀分布,颗粒具有大的比表面积,增加了材料的电子电导率,使其在大倍率的充放电速率下有更好的容量保持率,但是EIS测试分析发现,球磨对锂离子扩散系数并没有太大的影响；采用超声破碎仪产生超声波,利用超声空化作用,辅助溶胶-凝胶法合成Li_3V_2(PO_4)_3/C材料。结果发现超声空化作用可以使反应物分散混合均匀,合成的材料具有更均匀的尺寸分布和更少的团聚度,表现在电化学性能上为：0.2 C的倍率下,3.0-4.3 V区间内进行充放电,传统方法合成的Li_3V_2(PO_4)_3/C (LVP/C)和超声辅助合成的Li_3V_2(PO_4)_3/C (LVP/C-U)的首次放电比容量分别为111.0和117.4mAh g-1;而在3.0～4.8 v区间内,LVP/C-U的首次放电比容量为162.4 mAhg-1,比LVP/C要大10 mAhg1; LVP和LVP/C-U中锂离子扩散率分别为2.1×10-10和3.2 x 10-10 cm2 s-1,即超声合成的LVP比未超声的材料的锂离子扩散率高了将近50%,而且LVP/C-U的电荷转移阻抗也远小于LVP/C;研究了酒石酸作为螯合剂合成Li_3V_2(PO_4)_3/C材料,分别改变酒石酸的量和溶液pH值合成Li_3V_2(PO_4)_3材料,发现酒石酸的量影响材料的结晶性：V205和酒石酸的摩尔比为1.3时,结晶性最好,倍率性能优异；而pH值影响材料的晶粒的尺寸和团聚度：pH=4时,材料晶粒尺寸分布均匀,团聚少,低倍率循环性能好,pH=9时,材料晶粒尺寸小,团聚多,高倍率循环性能好。但是放电比容量都小于以柠檬酸为螯合剂合成的Li_3V_2(PO_4)_3/C,所以需要进一步优化其制备条件。
【关键词】：锂离子电池正极材料 溶胶-凝胶法 超声空化 电化学性能 Li_3V_2(PO_4)_3
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912;TQ131.11
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 引言10
• 1.2 锂离子电池的工作原理及结构10-11
• 1.3 动力锂离子电池正极材料研究现状11-12
• 1.4 Li_3V_2(PO_4)_3正极材料12-15
• 1.4.1 磷酸钒锂材料的结构特点和电化学特性12-13
• 1.4.2 磷酸钒锂材料的制备方法13-14
• 1.4.3 磷酸钒锂材料的改性方法14-15
• 1.5 本文的主要内容与创新15-16
• 1.6 本论文的结构安排16-17
• 第二章 Li_3V_2(PO_4)_3正极材料的合成与测试17-23
• 2.1 实验材料及设备17-18
• 2.2 溶胶凝胶法制备Li_3V_2(PO_4)_3材料18-20
• 2.3 电化学性能测试20-21
• 2.3.1 纽扣电池的组装20
• 2.3.2 充放电性能测试20
• 2.3.3 循环伏安法(CV)测试20-21
• 2.3.4 电化学阻抗(EIS)测试21
• 2.4 材料物理性能表征21-23
• 2.4.1 物相分析21
• 2.4.2 表面形貌及元素分析21-22
• 2.4.3 拉曼光谱分析和电子电导率的测定22-23
• 第三章 退火温度和球磨对Li_3V_2(PO_4)_3性能的影响23-35
• 3.1 退火温度对Li_3V_2(PO_4)_3/C材料性能的影响23-29
• 3.1.1 退火温度对Li_3V_2(PO_4)_3/C材料结构和形貌的影响23-25
• 3.1.2 退火温度对Li_3V_2(PO_4)_3/C材料电化学性能的影响25-29
• 3.2 球磨对Li_3V_2(PO_4)_3/C材料性能的影响29-34
• 3.2.1 球磨对Li_3V_2(PO_4)_3/C材料结构和形貌的影响29-31
• 3.2.2 球磨对Li_3V_2(PO_4)_3/C材料电化学性能的影响31-34
• 3.3 本章小结34-35
• 第四章 超声辅助溶胶-凝胶法合成Li_3V_2(PO_4)_3/C35-44
• 4.1 超声空化作用35-36
• 4.2 超声辅助合成Li_3V_2(PO_4)_3/C材料的结构和形貌36-38
• 4.3 超声辅助合成Li_3V_2(PO_4)_3/C材料的恒流充放电测试38-40
• 4.4 超声辅助合成Li_3V_2(PO_4)_3/C材料的CV测试40-42
• 4.5 超声辅助合成Li_3V_2(PO_4)_3/C材料的电化学阻抗测试42-43
• 4.6 本章小结43-44
• 第五章 以酒石酸为螯合剂合成Li_3V_2(PO_4)_3/C44-50
• 5.1 以不同质量的酒石酸合成Li_3V_2(PO_4)_3材料44-47
• 5.1.1 酒石酸的量对Li_3V_2(PO_4)_3/C材料结构和形貌的影响44-46
• 5.1.2 酒石酸的量对Li_3V_2(PO_4)_3/C材料倍率性能的影响46-47
• 5.2 以酒石酸为螯合剂时pH值对Li_3V_2(PO_4)_3材料性能的影响47-49
• 5.2.1 pH值对Li_3V_2(PO_4)_3/C材料结构和形貌的影响47-48
• 5.2.2 pH值对Li_3V_2(PO_4)_3/C材料倍率性能的影响48-49
• 5.3 本章小结49-50
• 第六章 全文总结与展望50-52
• 6.1 全文总结50
• 6.2 后续工作展望50-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-59
• 攻读硕士学位期间取得的成果59

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 向伟;唐艳;王雁英;钟本和;方为茂;刘恒;郭孝东;;pH值和螯合剂复合作用对正极材料Li_3V_2(PO_4)3/C性能的影响(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2013年05期

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本文编号：764076