锂离子电池正极材料磷酸钒锂的研究

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水热合成反应制备锂离子电池正极材料磷酸钒锂的方法

水热合成反应制备锂离子电池正极材料磷酸钒锂的方法

水热合成反应制备锂离子电池正极材料磷酸钒锂的方法一、引言磷酸钒锂作为一种重要的锂离子电池正极材料,具有高比容量、优良的循环稳定性和优异的安全性。

随着电动汽车和储能设备市场的快速扩张,对高性能锂离子电池正极材料的需求日益增加。

水热合成反应是一种常用的制备方法,具有简单、环保和易控制等优势。

本文将探讨利用水热合成反应制备磷酸钒锂的方法及其优化。

二、水热合成方法概述水热合成,是指将物质放入具有一定温度和压力的高温水中进行反应,通过水分子的热平衡和传质能力,来加快物质的传输和反应动力学。

水热合成反应制备磷酸钒锂的方法主要包括原料选择、反应条件控制和制备工艺优化等方面。

三、原料选择在水热合成反应中,原料的选择是至关重要的。

一般来说,以氧化钒、磷酸盐和锂盐作为反应物,在一定的温度和压力下进行水热反应,生成磷酸钒锂。

不同原料的选择,会直接影响到最终产物的结构和性能。

在水热合成反应中,合理选择原料是制备高性能磷酸钒锂的关键。

四、反应条件控制水热合成反应中的反应条件控制是制备高性能磷酸钒锂的关键。

温度、压力、反应时间和添加剂等因素,都会对产物的形貌和性能产生重要影响。

一般来说,较高的温度和压力条件下,能够促进原料颗粒的溶解和再结晶,有利于产物的形貌和结构的控制。

合理添加一定量的表面活性剂或模板剂,也能够在水热合成反应中起到重要作用。

五、制备工艺优化在实际制备过程中,针对磷酸钒锂的特性和应用需求,可以通过控制原料比例、调控反应条件和引入新的合成策略等手段进行工艺优化。

可以通过共沉淀、溶胶凝胶法等控制晶体尺寸和形貌;通过控制酸碱度、添加助剂等调控反应过程。

这些工艺优化手段,有助于提高磷酸钒锂的电化学性能和循环稳定性,满足不同应用场景的需求。

六、总结与展望通过水热合成反应制备锂离子电池正极材料磷酸钒锂的方法,可以获得性能优良、结构可控的产物。

然而,目前磷酸钒锂在循环稳定性、比容量和成本等方面仍存在一定的挑战。

未来,我们可以通过更深入的材料设计和工艺优化,进一步提高磷酸钒锂的性能,并推动其在锂离子电池领域的应用。

磷酸钒锂正极材料的合成与性能研究

磷酸钒锂正极材料的合成与性能研究
L I I J i L I G u o - Hu a WA N G S h i — Q u a n F E N G C h u a n — Q i ,
( 。 C o l l e g e o f C h e mi s t r y a n d C em h i c a l E n g i n e e r i n g , H u b e i U n i v e r s i t y , Wu h  ̄ t 4 3 0 0 6 2 ) £ K e y L a b o r a t o y r o f G r e e n C emi h s t y r S y n t h e s i s T e c h n i q u e , Z ej h i a n g U n i v e r s i t y f o T e c h n o l o g y , H a n g z h o u 3 1 0 0 3 2 1
r o u t e ,Li OH ・ H2 O,NH4 VO3 ,NH4 H2 P04 a n d c i t ic r a c i d we r e s e l e c t e d a s s t a r t i ng ma t e ia r l s t o p r e p a r e pr e c ur s o r ,
Ab s t r a c t : A n o v e l r h e o l o g i c a l p h a s e m e t h o d w a s u s e d t o s y n t h e s i z e n a n o c r y s t a l l i n e L i 3 V 2 ( P 0 4 ) 3 c o m p o u n d . I n t h i s
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锂离子电池正极材料的水热制备及其电化学性能研究

锂离子电池正极材料的水热制备及其电化学性能研究

锂离子电池正极材料的水热制备及其电化学性能研究随着电动车、智能手机等电子产品的广泛使用,锂离子电池已成为当今世界最为常用的电池种类之一。

锂离子电池的正极材料是锂离子电池中最为重要的组成部分之一,它的性能直接影响了锂离子电池的性能和使用寿命。

目前,锂离子电池的正极材料主要包括三个类别:磷酸铁锂、锰酸锂和钴酸锂。

然而,这些材料在使用过程中都有各自的缺陷,如容量不足、充放电速率慢等。

因此,人们一直在寻找更好的正极材料,以提高锂离子电池的性能。

本文将介绍一种新型的锂离子电池正极材料——水热制备的钒酸锂及其电化学性能研究。

一、水热制备的钒酸锂的制备方法锂离子电池正极材料主要由钙钛矿结构、尖晶石结构、层状结构和纳米级结构等多种结构构成。

其中,钒酸锂属于层状结构物质,其结构中由钒酸根层状结构团片和锂离子构成,具有优异的电化学性能。

目前,水热法是一种广泛使用的有机合成方法。

水热法制备的材料具有晶体度高、结晶度好和颗粒度可控等特点,在制备锂离子电池正极材料时也表现出了优异的特性。

制备方法:
1. 在无水环境下称取适量的LiOH•H2O和V2O5,在50 mL的三角瓶中加入21.5 mL去离子水;2. 在室温下搅拌溶解,充分搅拌15~20 min;3. 把三角瓶密封,放置在高压锅中进行水热反应,在烘箱中加热至180℃、维持12h;4. 将反应体取出,通过离心等方法收集钒酸锂。

二、电化学性能测试我们采用典型的金属锂片为负极,钒酸锂为正极,隔膜采用了聚丙烯膜,制备了纯电池,测试了电池的电化学性能。

充放电测试:采用一定的电流密度,检测电池在不同电流密度下的充放电曲线,确定其容量和循环性能。

循环性能测试:在恒定电流下,循环充放电过程中,观察电池容量衰减情况,测试电池的循环性能。

电化学阻抗测试:在特定电位下,通过调整不同频率作用下的正弦波电压,从而得到电化学阻抗谱。

三、电化学性能测试结果在实验结果中,我们发现,锂离子电池正极材料水热制备的钒酸锂在各项测试指标中表现出了非常优异的性能。

磷酸钒钠理的论比容量

磷酸钒钠理的论比容量

磷酸钒钠理的论比容量
磷酸钒钠(Na3V2(PO4)3)是一种新型的锂离子电池正极材料,具有较高的能量密度和循环稳定性,在锂离子电池领域具有广泛的应用前景。

理论比容量对锂离子电池的性能和应用具有重要的指导意义,因此磷酸钒钠的理论比容量成为了研究的重要方向之一。

磷酸钒钠的晶体结构为三方晶系,属于NASICON结构,具有一定的通道结构,能够提供锂离子的扩散通道。

该材料的化学式为Na3V2(PO4)3,其理论比容量的计算方法为:将材料中所有可供存储锂离子的位置全部占满锂离子后,计算材料的体积和质量,然后将体积除以质量得到理论比容量。

磷酸钒钠的理论比容量为138mAh/g,这个值已经达到了一些商业化锂离子电池正极材料的理论比容量水平。

与其他正极材料相比,磷酸钒钠有着较高的结构稳定性和循环稳定性,可以实现高倍率放电,具有长寿命、高能量密度、低自放电等优点。

此外,磷酸钒钠的生产成本低,对环境友好,是一种非常有前景的锂离子电池材料。

在实际应用中,磷酸钒钠的实际比容量会因氧化还原反应、离子扩散等因素的影响而有所下降。

因此,需要通过结构调控、材料设计等手段来提高其实际比容量,进一步推进锂离子电池的发展。

总之,磷酸钒钠是一种优秀的锂离子电池正极材料,具有高的理论比容量和良好的循环稳定性,是未来锂离子电池研究的重要方向之一。

磷酸钒锂 磷酸铁锂

磷酸钒锂 磷酸铁锂

磷酸钒锂磷酸铁锂
磷酸钒锂与磷酸铁锂是当今电池领域备受瞩目的两种材料。


着电动汽车和可再生能源的兴起,对高性能锂离子电池的需求不断
增加,而磷酸钒锂和磷酸铁锂作为锂离子电池的正极材料备受关注。

磷酸钒锂具有高比能量、高循环寿命和良好的安全性能,是一
种非常理想的正极材料。

它的电压平台高,能够提供更高的能量密度,同时具有优异的循环寿命,使其成为电动汽车和储能系统的首
选材料之一。

然而,磷酸钒锂的成本较高,限制了其在大规模应用
中的发展。

相比之下,磷酸铁锂具有更低的成本,同时也具有良好的循环
寿命和安全性能。

虽然其比能量略低于磷酸钒锂,但由于其成本更低,因此在一些应用中表现出更大的竞争优势。

磷酸铁锂在电动汽
车和储能系统中得到了广泛应用,成为了锂离子电池领域的重要材
料之一。

随着科技的不断进步,磷酸钒锂和磷酸铁锂的性能也在不断提升,其在电池领域的应用前景将更加广阔。

未来,随着新能源产业
的发展,这两种材料有望成为推动电动汽车和储能系统发展的关键因素,为人类创造更加清洁、高效的能源未来。

磷酸亚铁锂-磷酸钒锂复合材料制备方法研究

磷酸亚铁锂-磷酸钒锂复合材料制备方法研究

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收稿 日期:2 1.90 :修 订 日期 :2 1-1 5 000 .7 0 1O. 。 O 基金项 目: 国家科 技支 撑计划 (0 7 AQ 15 ) 国家 自然 ̄ 20 B 0 05:
第2 6卷第 3期 2 1 年 6 月 02








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文 章 编号 : 10 -0 52 1)30 3 -5 0 39 1(0 20 -5 I0

锂离子电池磷酸盐正极材料的制备、表征及性能研究

锂离子电池磷酸盐正极材料的制备、表征及性能研究一、本文概述随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重,发展清洁、高效、可持续的能源技术已成为人类社会的迫切需求。

锂离子电池作为一种重要的新型储能器件,具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应等优点,被广泛应用于移动通讯、电动汽车、航空航天等领域。

而磷酸盐正极材料作为锂离子电池的关键组成部分,其性能直接影响着电池的整体性能。

因此,深入研究磷酸盐正极材料的制备工艺、表征方法以及性能优化,对于提高锂离子电池的性能、推动新能源技术的发展具有重要的理论价值和实践意义。

本文旨在探讨锂离子电池磷酸盐正极材料的制备技术、表征手段以及性能优化策略。

我们将对磷酸盐正极材料的制备方法进行系统梳理,包括固相法、溶液法、熔融法等,分析各种方法的优缺点,并探索新的制备工艺。

我们将研究磷酸盐正极材料的表征技术,包括射线衍射、扫描电子显微镜、能谱分析等手段,揭示材料的微观结构和化学性质。

我们将通过实验研究和理论分析,探讨磷酸盐正极材料的电化学性能及其影响因素,为优化材料性能、提高电池效率提供理论支持和实践指导。

本文的研究内容不仅有助于深入理解磷酸盐正极材料的制备与性能关系,也为锂离子电池的进一步发展和应用提供了有益的参考和借鉴。

我们期望通过本文的研究,能够为推动新能源技术的进步、实现可持续发展做出贡献。

二、磷酸盐正极材料的制备磷酸盐正极材料是锂离子电池中的重要组成部分,其性能直接影响电池的能量密度、循环稳定性和安全性。

制备磷酸盐正极材料的过程需要严格控制各项参数,以确保其性能达到最佳状态。

在制备磷酸盐正极材料时,我们通常选择固相反应法作为主要的制备方法。

将所需的金属盐(如磷酸盐、氧化物或碳酸盐)按照预定的化学计量比进行混合,并在一定的温度和气氛下进行预烧,以促使原料之间的初步反应。

这一步骤中,温度的控制尤为关键,需要确保既能使原料充分反应,又避免温度过高导致材料结构破坏。

LiVPO_(4)F作为锂离子电池正极材料的研究进展

LiVPO_(4)F作为锂离子电池正极材料的研究进展邓超;柏玮琦;孙小飞;孙丽侠;宋忠诚【期刊名称】《精细石油化工进展》【年(卷),期】2024(25)1【摘要】Tavorite型正极材料氟磷酸钒锂(LiVPO_(4)F)拥有高安全性能、高比能量、高工作电压、低成本和对环境友好等优势。

该材料具有三维通道结构,使得锂离子的扩散路径更多、扩散速率更快,经过改性的LiVPO_(4)F材料能够满足未来动力电池快速充放电的需求。

与磷酸铁锂(LiFePO_(4))相比,LiVPO_(4)F有着更高的理论比容量和更好的安全性能,未来有望成为商业化锂离子电池重要的正极材料。

本文在综述近年来LiVPO_(4)F材料相关合成方法的基础上,对其优缺点进行比较后发现,聚合物模板法、水热法及溶胶凝胶法能够合成结晶度较高的LiVPO_(4)F材料,从而使得材料的电子迁移速率更快、倍率性能更佳,但这3种方法都无法批量生产LiVPO_(4)F材料;高固相法操作简单,能够批量合成LiVPO_(4)F材料,但该合成方法使得材料形貌不均匀从而影响其导电性;采用碳包覆和离子掺杂进行改进,可以改善LiVPO_(4)F材料性能。

【总页数】7页(P28-34)【作者】邓超;柏玮琦;孙小飞;孙丽侠;宋忠诚【作者单位】江苏理工学院化学化工学院【正文语种】中文【中图分类】TM9【相关文献】1.基于锂离子电池正极材料的一元/二元复合正极材料研究进展2.废旧三元锂离子电池正极材料资源化技术研究进展3.废旧锂离子电池LiFePO_(4)正极材料回收再生研究进展4.锂离子电池正极材料的研究进展5.一维V_2O_5纳米材料在锂离子电池正极材料中的应用及其研究进展因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

磷酸钒锂正极材料的研究进展

磷酸钒锂正极材料的研究进展张广明;周国江【摘要】具有NASCION结构的单斜晶型磷酸钒锂具有热稳定性好、可逆容量高、能量密度大等优点,是做为锂离子电池良好的正极材料.但是磷酸钒锂的低电导率和锂离子扩散系数限制了其应用.本文对磷酸钒锂的研究现状进行总结,对其改性原理进行分析,并对磷酸钒锂作为锂离子电池正极材料的研究前景进行了展望.%The single crystal lithium vanadium phosphate has NASCION structure,which has thermal stability,high reversible capacity and energy density,is a good cathode material for lithium ion batteries.However,its application was limited by the low conductivity and lithium ion diffusion coefficient of lithium vanadium phosphate.This paper introduced the research status of lithium vanadium phosphate,the adjustment principle and lithium vanadium phosphate as cathode material of lithium ion battery.【期刊名称】《化学工程师》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】4页(P51-54)【关键词】磷酸钒锂;正极材料;改性研究【作者】张广明;周国江【作者单位】黑龙江科技大学环境与化工学院,黑龙江哈尔滨 150022;黑龙江科技大学环境与化工学院,黑龙江哈尔滨 150022【正文语种】中文【中图分类】TM911锂离子电池的正极材料决定了锂离子电池的容量,倍率性能,循环寿命等重要性能。

锂离子电池材料与性能分析研究

锂离子电池材料与性能分析研究锂离子电池是一种充电-放电循环过程中使用锂离子在正负极之间进行电荷传递的电池,因其高能量密度和长循环寿命而成为当今最常用的可充电电池之一。

锂离子电池的性能直接关系到其应用领域的质量和可靠性。

为了提高锂离子电池的性能,对电池材料和其性能进行深入研究是至关重要的。

首先,锂离子电池的正负极材料是决定其性能的关键因素之一。

正极材料往往使用锂亚磷酸钒酸盐、锂铁磷酸盐和锂镍酸盐等化合物,其能够在充电和放电过程中迅速插入和释放锂离子。

正极材料的电导率、比容量和化学稳定性是评价其性能的重要指标。

负极材料通常使用石墨,其结构能够插入和释放锂离子,并具有较高的比容量和循环稳定性。

然而,石墨材料在长时间循环中会发生容量衰减,因此寻找新型负极材料也是当前研究的重点。

其次,锂离子电池的电解液是充电-放电过程中锂离子的传导媒介。

电解液通常由溶剂和锂盐组成。

常用的溶剂包括碳酸酯、环丙醚和二氢呋喃等有机溶剂。

锂盐以锂盐酸盐和六氟磷酸锂为主,其在电解液中解离为锂离子。

电解液的稳定性、锂离子传导性能和热稳定性是电池性能的重要影响因素。

研究人员努力寻找具有高离子导电性和较低挥发性的新型电解液,以提高电池的安全性和循环寿命。

此外,锂离子电池的分析技术对于了解电池材料和性能的变化起着至关重要的作用。

常见的技术包括X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和拉曼光谱等。

XRD可以用于分析材料的晶体结构和晶格参数。

SEM和TEM能够观察材料的形貌和微观结构,从而了解材料的形貌特征和界面性质。

拉曼光谱可以提供关于材料的化学键信息和晶格振动模式的具体信息。

这些分析技术的综合应用对于揭示锂离子电池材料和性能之间的关系具有重要意义。

最后,为了进一步提高锂离子电池的性能,一些新型材料和技术也得到了广泛的研究和应用。

例如,锂硫电池利用硫化物作为正极材料,具有高理论能量密度和低材料成本的优势,但其充放电过程中存在硫电极迁移和电解液损耗等问题,需要通过界面工程和电解液设计来解决。

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锂离子电池正极材料磷酸钒锂的研究学号:093112158姓名:刘畅(中南大学,材料科学与工程学院,湖南长沙 410083)摘要:Li3V2(PO4)3因具有优异的电化学性能,成为目前倍受关注的锂离子电池正极材料。

介绍了单斜结构磷酸钒锂[α- Li3V2(PO4)3]的结构及充放电机理,概述了几种主要的制备Li3V2(PO4)3方法,包括了固相法、溶胶-凝胶法、微波法。

同时阐述了几种主要方法用来对Li3V2(PO4)3电化学性能进行改性研究,对该材料的发展前景进行了展望。

关键词:正极材料Li3V2(PO4)3锂离子电池目前, 锂离子电池因其具有灵便、安全性好、循环寿命长、无记忆效应、无污染、高的单电池电压及高能量密度等优良特性,已成为当今便携式电子产品的可再充电式电源的主要选择对象之一。

锂离子二次电池的性能和成本在很大程度上取决于正极材料的电化学性能和成本。

研究发现,以磷酸根聚阴离子为基础的正极材料能够产生比较高的氧化还原电位,而且锂离子扩散的通道加大,能够很好地进行嵌脱锂的反应,此外此类型正极材料还具有良好的安全性、热力学稳定性及较高的放电比容量[1-3] 。

在过渡金属元素中,钒的化学性质十分活泼,是典型的多价过渡金属元素,目前研究发现具有储锂性能的含钒磷酸盐体系正极材料主要有LiV2PO4 F,Li3V2 -(PO4)3,LiVP2O7和VOPO4/LiVOPO4等。

其中,单斜晶系磷酸钒锂[α-Li3V2(PO4)3]是一种很有前途的锂离子电池正极材料。

它具有一般聚阴离子材料高稳定性、高容量及高电位的特点,近年来也备受人们的关注。

同时我国有丰富的钒矿资源,尽管资源没有铁丰富,但钢铁冶炼渣中存在含量比较高的钒。

因此从经济和环境角度来看,α-Li3V2( PO4 ) 3锂电池正极材料的开发具有非常重大的意义和价值。

1α-Li3V2 (PO4)3的结构及充放电机理1. 1α-Li3V2 (PO4)3的结构α-Li3V2(PO4)3属于P21 /n空间群,晶胞参数为[4] :a = 86.22 nm, b = 86.24 nm,c = 120.36 nm,β= 90.452°,V = 8.949×105 nm3,其晶胞结构如图1[5]所示。

单斜结构[6]由VO6八面体和PO4共用氧原子顶点的三维框架构成。

每个VO6八面体通过顶点与6个PO4四面体连接,而每个PO4四面体与4个VO6八面体连接。

通过这种连接方式构成了三维网状V2(PO4)3单元结构, Li+位于晶胞中形成12个四面体空隙位置。

由于PO4四面体将VO6八面体隔开, VO6八面体相互之间不能直接相连,导致电子传导性比较差,电子电导率比较低。

三维网状结构为锂离子提供了比较大的通道,允许锂离子快速嵌脱而结构稳定。

由于有PO4四面体的存在,即使3个Li+完全脱嵌,框架仍然稳定存在。

图1 单斜Li3V2(PO4)3沿C轴方向的结构示意图1. 2α-Li3V2(PO4)3的充放电机理Li3V2(PO4)3中钒的价态为+3,三个锂离子完全脱嵌时形成V2 ( PO4 ) 3,这时钒以V4+ /V5+混合价态存在,混合价态的存在有利于电子的传输。

Li3V2(PO4)3充放电反应如下所示[7] :充电反应:Li3V2(PO4)3 - xL i+ - xe→L i3-x V2 ( PO4 ) 3放电反应:Li3V2(PO4)3+ xLi+ + xe→Li3V2(PO4)3Li3V2(PO4)3正极材料的充放电特性与LiCoO2,LiMn2O4,LiNiO2,LiMnO2和L iFePO4等材料有明显的区别,充放电曲线出现多个电压平台。

在3.0~4.3V 电压范围内,每一个Li3V2(PO4)3晶胞单元可以可逆脱嵌2个Li+,理论容量为132mAh /g,而在3.0~4.8V电压范围内,3个Li+完全嵌脱,理论容量高达197mAh /g。

图2 和图3为在不同的电压范围内的典型的充电曲线[7] 。

由图2可知,在3.0~4.3V的电压范围内充放电曲线都有3个明显的电压平台,分别为3.61 /3.56V,3.69 /3.64V,4.09 /4.03V,前两个电压平台对应于第一个锂离子脱嵌与嵌入。

第一个电压平台对应于Li3V2(PO4)3←→Li2. 5V2(PO4)3两相转变;第二个电压平台对应于Li2. 5V2(PO4)3 ←→Li2V2(PO4)3两相转变;第三个电压平台对应于第二个锂离子脱嵌与嵌入,相应存在Li2V2 ( PO4 ) 3 ←→LiV2 ( PO4 ) 3两相转变, 三个电位平台都对应于V3+ /V4+电对的氧化还原反应。

由图3可知,在3.0~4.8V范围内,充电曲线存在着4个电压平台,前3个电压平台与3.0~4.3V电压范围的充电平台一致;而第四个充电电压平台为4.55V,对应于第3个Li+的脱嵌,同时1个V4+被氧化为V5+,对应于LiV2(PO4) 3←→V2 (PO4) 3两相转变。

而放电曲线却没有存在着与第四个充电电压平台相应的放电电压平台,说明由V2 ( PO4 ) 3嵌入1个Li+生成LiV2(PO4)3的电化学过程没有存在两相反应,而存在固态溶液反应。

2α-Li3V2(PO4)3的制备方法目前,报道的合成α-Li3V2( PO4)3方法主要有:高温固相法、溶胶-凝胶法、微波法等。

2. 1高温固相法制备磷酸钒锂的高温固相法又可分为氢气还原法和高温碳热还原法。

氢气还原法[ 6~10 ]所选用的原料主要是:V2O5、Li2CO3、NH4H2PO4或(NH4 ) HPO4,首先将各种原料按化学剂量比混合均匀,混合混匀后,置于惰性气氛条2件下,在300~350 ℃预焙烧4~8h,除去反应中生成的水和氨气,消除水和氨气对高温反应的影响,然后将预焙烧产物在一定压力下压制成片状,再将片状物在氢气或氢气惰性气体混合气氛下高温( ≥850 ℃)反应8~16h,冷却后再将产物研磨混合均匀,压制成片状,再重复高温焙烧的操作。

Saidi等[7]利用纯氢气还原剂,制备出单斜结构磷酸钒锂,该材料在电压3.0~4.3V范围0.05C倍率下的容量接近理论容量,达到了125mAh /g;而在3.0~4.8V范围,0.05C倍率下,可逆容量达到了170mAh/g。

高温碳热还原法[ 5,11-13]选用的原料与氢气还原法差不多,只是用碳代替氢气作为还原剂,碳作为还原剂的主要好处是可以为Li3V2( PO4 ) 3晶相的形成提供了成核点,从而抑制了Li3V2 (PO4)3晶核的长大,有利于获得颗粒较小的样品,并且残留的碳有助于提高材料的导电率。

Barker 等以V2O5、NH4H2PO4、Li2CO3为原料按照化学计量比与过量25%的乙炔黑混合均匀,通过预焙烧除去水和氨气后,再混合后压制成片状,氩气气氛下,在600 ℃焙烧8 h,然后在850 ℃焙烧8 h,冷却后即可得Li3V2 (PO4)3 /C复合材料,该材料在3.0~4.3V范围内,0.05C倍率下容量为130mAh/g。

2. 2溶胶—凝胶法Huang 等[4] 于2002 年首次以V2O5 凝胶,Li (CH3COO),NH4H2PO4及碳凝胶为原料,通过溶胶—凝胶法制备出电化学性能优异的含碳量15%的Li3V2(PO4) 3 /C复合材料,在3.0~4.3V的电压范围内,0.2C倍率下可获得132mAh/g的容量,而在5C倍率下放电容量达到了理论值的95%并维持优异的循环性能,200次循环后容量基本没变化。

在3.0~4.8V电压范围内,1C倍率下锂离子可以全部脱嵌,可逆放电容量达到了180mAh/g(相当于理论容量的91%)。

2. 3微波法任慢慢等[15]将一定量的LiCO3、V2O5、NH4H2 PO4和过量30% (物质的量比)的活性炭混合,在研钵中研磨30 min,压片后放入通有氩气的焙烧炉中,在300 ℃下预烧4h,以除去CO2、H2O和NH3;将所得中间体继续研磨20 min,压成d =10 mm的圆片,放入垫有石墨粉的坩埚中,在圆片上面覆盖石墨粉后,将坩埚放入微波炉中加热,升温到800、850、900 ℃后,恒温5~20 min。

待温度降至室温后,得到墨绿色的固体物质。

XRD、充放电和循环伏安测试表明:在900 ℃下恒温11 min,合成的样品结晶度好、无杂相,0.2C时,首次循环的充放电容量分别为177mAh/g和145mAh/g,循环50次后,放电容量为98mAh/g。

当充电到4.9V时,Li3V2(PO4) 3存在4个充电平台,且有较高的放电平台。

3Li3V2(PO4)3的改性研究Li3V2( PO4 ) 3具有高的电位、理论比容量、良好的循环性能和环境友好性,但是该材料的电导率较低,高倍率充放电时比容量过低。

为解决这一缺陷,必须设法提高Li+及电子的传导率,对材料进行改性,目前常用的方法主要有如下几种。

3. 1表面碳包覆通过对Li3V2( PO4 )3的表面碳包覆[17]改善材料的导电性、提高容量和提高材料放电电位平台。

包覆碳可以使材料颗粒更好地接触,从而提高材料的电子电导率和容量,同时可以显著提高Li3V2 (PO4)3电化学性能,其原因可能为:①有机物在高温惰性的条件下分解为碳从表面增加其导电性;②产生的碳微粒达纳米级,可细化产物粒径,扩大导电面积,对Li+扩散有利。

碳还起还原剂的作用,避免V3+被氧化。

Yu Zhang 等合成的Li3V2(PO4)3 /C具有良好的电化学性能,在电压范围为3.0~4.8V时,28mA/g恒流充放电条件下,首次和第50次的放电比容量分别为155mAh/g 和144mAh/g。

3. 2掺杂金属离子掺杂Mg2+、Al3+、Ti4+、Zr4+、Nb5+ 和W6+等金属离子[18],可以提高晶格内部的电子导电率和锂离子在晶体内部的化学扩散系数,从而提高材料的导电率。

掺杂的高价金属离子半径都小于Li+和V3+,但很接近Li+,故取代的是晶格中Li的位置。

Mineo Sato等[19]合成的Li2.9V0.95Zr0.05 (PO4)3有着与于Li3V2(PO4)3相同的充放电平台,但其充放电循环特性明显优于Li3V2(PO4)3。

3. 3提高离子扩散速率晶体的颗粒越大,Li+在固相中扩散的路径就越长,进而影响材料的电化学性能,因此制备粒径小的Li3V2(PO4)3是提高其电化学性能的一条重要途径。

4结束语Li3V2(PO4)3拥有合成原料丰富、生产成本低廉、高的电位及理论比容量、良好的循环性能和结构稳定性等,成为倍受关注的新型锂离子电池正极材料。

主要缺陷是锂离子扩散速率小,材料导电能力差。

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