电极材料Li 3 VO 4 的制备及其电化学性能研究
发布时间：2021-07-18 08:46
本文以偏钒酸铵、二水合醋酸锂、一水柠檬酸、二水合草酸、一水葡萄糖和可溶性淀粉等为原料,使用溶胶-凝胶法合成Li3VO4/C电极材料,并对反应条件（碳源种类、碳含量、烧结温度等）进行优化探索。研究表明,使用不同的碳源（一水柠檬酸、二水合草酸、一水葡萄糖和可溶性淀粉）合成的Li3VO4/C电化学性能均优于Li3VO4。对比不同碳源合成的Li3VO4/C发现,使用一水柠檬酸作为碳源合成的Li3VO4/C电化学性能最好。进一步探究表明,当偏钒酸铵和一水柠檬酸的投料比为1:1,烧结温度为650℃时制得的样品电化学性能最好。其作为锂离子电池负极材料时,在0.1 A·g-1的电流密度下首次放电比容量为771.32 mAh·g-1,首次充电比容量为524.27 mAh·g-1;在1.0 A·g-1的...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
第一个锂离子电池（LiCoO2/Li+电解质/石墨）内部结构示意图
第1章绪论71.3.3锂离子电容器锂离子电池和超级电容器是两种有广阔应用前景的储能系统。锂离子电池通常具有高能量密度、高工作电压且没有记忆效应，主要不足在于它的功率密度、循环寿命和安全性。相反，超级电容器的优势恰恰在其功率密度、循环寿命和安全性，但是其能量密度较低。对于动力储能系统和电网储能系统，往往需要同时具备高能量密度、高功率密度以及长循环寿命。锂离子电容器是混合型超级电容器的一种，具有比锂离子电池更高的功率密度、更长的循环寿命和更好的安全性，比超级电容器更高的能量密度，是一种性能优异的储能系统。如图1-2所示，锂离子电容器弥补了锂离子电池和超级电容器之间的空白[57,58]。锂离子电容器一般由电池型电极作为负极，电容型电极作为正极。负极的电荷存储和转换主要取决于锂离子的嵌入和脱出，受材料晶体结构的扩散控制，影响其功率密度[59,60]。正极材料的电荷存储是基于电极材料表面反应而不是材料内部的离子扩散[2,61]，因而可以实现更高的功率密度，但是这种工作机制一定程度上限制了其容量。图1-2几种储能系统功率密度与对应能量密度图（Ragone图）[57]根据是否消耗电解质，锂离子电容器的充放电机理可分为以下三种：（1）电解质消耗机制，这种锂离子电容器中通常由脱嵌锂化合物或金属氧化物作为负极，电容型活性材料作为正极。在充电过程中，电解质中的阴离子移动并吸附在正极，锂离子移动并嵌入到负极中。放电时，锂离子从负极材料中脱出进入电解液，正极吸附的阴离
燕山大学工学硕士学位论文10图1-3Li3VO4的晶体结构沿不同的轴投影的示意图[78]a)和b)分别为沿c轴和a轴投影的Li3VO4的晶体结构；c)和d)分别为沿c轴和a轴投影的Li6VO4的晶体结构；e)该结构的基本和原子；f)锂嵌入后的Li3VO4结构类似石墨Li3VO4的内部机制也是影响其性能的一个重要因素。作为离子导体，低电导率一直影响着它的性能。已经通过各种方法来改善Li3VO4的电子导电率，通常是与各种碳材料复合提升其性能。另外，锂离子扩散系数对于Li3VO4性能也很重要，通常粒径越小锂离子扩散越快，并且大多数情况下，高电子导电率和高锂离子扩散系数可能具有协同效应，以增强Li3VO4的性能。例如，Ni等人[64]，报道的在纳米级均匀的杂化的Li3VO4和C具有超高的离子电导率和超快的锂离子扩散速度。如图1-4所示，在质量和体积能量密度方面，Li3VO4/C与石墨和Li4Ti5O12相比具有很大的优势，具有很大的实际应用潜力。1.4.2Li3VO4的制备方法目前，已经开发出多种合成Li3VO4的方法，由于这些方法都需要高温烧结，合成性能优异的Li3VO4仍然是一项具有挑战性的任务。反应简单且易于控制的固相法可用于大规模的制备Li3VO4材料。合成过程中的原料、升温速率、烧结温度、烧结时间以及烧结气氛等是影响最终产物成分、尺寸和
【参考文献】：
期刊论文
[1]形貌遗传法制备碳包覆棒状Li3VO4锂离子电池负极材料（英文）[J]. 秦鹏程,吕心顶,李程,郑言贞,陶霞. Science China Materials. 2019(08)
[2]锡掺杂LiNi0.5Mn1.5O4锂离子电池高电压正极材料的制备及性能研究（英文）[J]. 郝晶敏,刘海萍,吉元鹏,毕四富. Science China Materials. 2017(04)
本文编号：3289247
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
第一个锂离子电池（LiCoO2/Li+电解质/石墨）内部结构示意图
第1章绪论71.3.3锂离子电容器锂离子电池和超级电容器是两种有广阔应用前景的储能系统。锂离子电池通常具有高能量密度、高工作电压且没有记忆效应，主要不足在于它的功率密度、循环寿命和安全性。相反，超级电容器的优势恰恰在其功率密度、循环寿命和安全性，但是其能量密度较低。对于动力储能系统和电网储能系统，往往需要同时具备高能量密度、高功率密度以及长循环寿命。锂离子电容器是混合型超级电容器的一种，具有比锂离子电池更高的功率密度、更长的循环寿命和更好的安全性，比超级电容器更高的能量密度，是一种性能优异的储能系统。如图1-2所示，锂离子电容器弥补了锂离子电池和超级电容器之间的空白[57,58]。锂离子电容器一般由电池型电极作为负极，电容型电极作为正极。负极的电荷存储和转换主要取决于锂离子的嵌入和脱出，受材料晶体结构的扩散控制，影响其功率密度[59,60]。正极材料的电荷存储是基于电极材料表面反应而不是材料内部的离子扩散[2,61]，因而可以实现更高的功率密度，但是这种工作机制一定程度上限制了其容量。图1-2几种储能系统功率密度与对应能量密度图（Ragone图）[57]根据是否消耗电解质，锂离子电容器的充放电机理可分为以下三种：（1）电解质消耗机制，这种锂离子电容器中通常由脱嵌锂化合物或金属氧化物作为负极，电容型活性材料作为正极。在充电过程中，电解质中的阴离子移动并吸附在正极，锂离子移动并嵌入到负极中。放电时，锂离子从负极材料中脱出进入电解液，正极吸附的阴离
燕山大学工学硕士学位论文10图1-3Li3VO4的晶体结构沿不同的轴投影的示意图[78]a)和b)分别为沿c轴和a轴投影的Li3VO4的晶体结构；c)和d)分别为沿c轴和a轴投影的Li6VO4的晶体结构；e)该结构的基本和原子；f)锂嵌入后的Li3VO4结构类似石墨Li3VO4的内部机制也是影响其性能的一个重要因素。作为离子导体，低电导率一直影响着它的性能。已经通过各种方法来改善Li3VO4的电子导电率，通常是与各种碳材料复合提升其性能。另外，锂离子扩散系数对于Li3VO4性能也很重要，通常粒径越小锂离子扩散越快，并且大多数情况下，高电子导电率和高锂离子扩散系数可能具有协同效应，以增强Li3VO4的性能。例如，Ni等人[64]，报道的在纳米级均匀的杂化的Li3VO4和C具有超高的离子电导率和超快的锂离子扩散速度。如图1-4所示，在质量和体积能量密度方面，Li3VO4/C与石墨和Li4Ti5O12相比具有很大的优势，具有很大的实际应用潜力。1.4.2Li3VO4的制备方法目前，已经开发出多种合成Li3VO4的方法，由于这些方法都需要高温烧结，合成性能优异的Li3VO4仍然是一项具有挑战性的任务。反应简单且易于控制的固相法可用于大规模的制备Li3VO4材料。合成过程中的原料、升温速率、烧结温度、烧结时间以及烧结气氛等是影响最终产物成分、尺寸和
【参考文献】：
期刊论文
[1]形貌遗传法制备碳包覆棒状Li3VO4锂离子电池负极材料（英文）[J]. 秦鹏程,吕心顶,李程,郑言贞,陶霞. Science China Materials. 2019(08)
[2]锡掺杂LiNi0.5Mn1.5O4锂离子电池高电压正极材料的制备及性能研究（英文）[J]. 郝晶敏,刘海萍,吉元鹏,毕四富. Science China Materials. 2017(04)
本文编号：3289247
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