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正极材料LiV_3O_8的制备与其电化学性能研究

【摘要】:层状的LiV3O8作为可充锂离子电池的正极材料,引起人们的很大兴趣,其原因归结为以下几点:1大的放电比容量;2好的倍率充放电性能;3较好的循环稳定性;4低廉的原材料等。但是其制备方法对于材料的电化学性能影响巨大,因此基于这个原因,本文主要研究了LiV3O8正极材料的制备以及改进方法。同时对所得正极材料的电化学性质进行了探究。 通过乳液法制备了LiV3O8正极材料。研究了不同温度烧结所得产物的电化学性能,结果发现在500℃下烧结所得产物拥有最高的首次放电容量(305 mAh/g, 0.2C,1.8-4.0 V),并且其在100周内仍能维持在较高的比容量(250.2 mAh/g)。该材料的电化学性能比其他温度烧结所得材料以及没有经过乳液处理的材料的性能优良许多。 通过简单的热处理方法得到了LiV3O8纳米棒,直径在150 nm左右。我们发现通过简单的控制实验反应条件,如热处理时间或烧结温度,就可以使得纳米棒变为微米棒,甚至微米粒。电化学测试的结果表明400℃烧结所得纳米棒具有最好的充放电性能以及良好的大倍率放电性能。 我们以不同分子量的PEG(聚乙二醇)为模板制备了一系列LiV3O8正极材料,同时系统地研究了PEG对LiV3O8正极材料的结构以及电化学性能所产生的影响。扫描电镜的结果表明不同分子量的PEG分解对该正极材料的粒径、表面结构均有不同的影响,特别是在电化学性能方面影响更为突出,以分子量为10000的PEG为模板制备的LiV3O8,拥有282.1 mAh/g的高容量,并且在50周期内仍维持在222.2 mAh/g。 我们以V205湿凝胶,LiOHH2O, AgNO3为原料,过溶胶凝胶法,低温烧结,合成了Ag掺杂的LiV3O8正极材料。采用XRD(粉末X射线衍射仪)对该材料的结构进行了表征。并且以该材料为正极材料组装成了模拟锂离子电池,对电池的一系列电化学测试(充放电循环、循环伏安、以及交流阻抗测试)表明,Ag0.04Li0.96V3O8材料表现出最好的循环稳定性能以及较高的比容量。 通过溶胶凝胶法合成了一系列LiTiyV3-0.8yO8(y=0,0.04,0.06,0.08)正极材料,研究了钛掺杂对材料结构(形貌、粒径、比表面积)和电化学性能(首次放电性能、循环性能、高倍率放电性能)的影响。对这些材料进行了XRD、充放电循环、循环伏安和扫描电镜的测试,发现Ti掺杂的材料具有较好的层状结构,且它们的首次放电容量高于没有进行Ti掺杂的LiV3O8正极材料。特别是当y=0.04时,该材料具有348.9 mAh/g的首次放电容量以及较好的循环稳定性。

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