锂电池正极材料钒系材料的制备
《钒系正极材料报告》课件
CHAPTER 06
结论和建议
研究结论
01 钒系正极材料具有高能量密度、长寿命和 良好的安全性。
02 钒系正极材料在高温和低温环境下表现出 良好的性能。
03
钒系正极材料的成本较低，适合大规模应 用。
04
钒系正极材料的环境友好性是一个重要的 优点。
对未来研究的建议
01
需要进一步研究钒系正极材料的 电化学性能，以提高其能量密度 和循环寿命。
优点
与传统的钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料相比，钒系正极材料具有更高的能量密度和更低的成本，同时具有较好的 安全性和稳定性。
钒系正极材料的应用领域
动力电池
用于电动汽车、混合动力汽车等动力源，提供高 能量密度的动力输出。
储能电池
用于储能电站、Biblioteka 布式储能系统等，实现电能的 储存和释放。
其他领域
如移动电源、电动工具等，提供高能量密度的电 源解决方案。
背景
随着能源存储和转换技术的不断发展，正极材料在电池技术中扮演着越来越重 要的角色。作为一类具有潜力的正极材料，钒系正极材料受到广泛关注。
报告的结构和内容概述
报告结构
分为五个部分，包括钒系正极材料的 性质、制备方法、应用领域、研究进 展和市场前景。
内容概述
详细介绍钒系正极材料的物理和化学 性质、制备方法和工艺、在锂离子电 池和其他领域的应用情况、研究进展 和最新成果，以及市场前景和未来发 展方向。
CHAPTER 03
钒系正极材料的制备方法
化学合成法
总结词
通过化学反应制备钒系正极材料的方法
详细描述
化学合成法是制备钒系正极材料的主要方法之一，通过控制化学反应条件，如温度、压力、浓度等， 合成具有特定结构和性能的钒系正极材料。该方法具有制备过程简单、可控性强等优点，但也可能涉 及到有毒有害的化学试剂和废气排放等问题。
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。
锂离子蓄电池钒系正极材料的研究进展
锂离子蓄电池钒系正极材料的研究进展刘国强;徐宁;曾潮流;杨柯【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2002(026)002【摘要】综述了锂离子蓄电池中钒系正极材料的研究和发展.对钒的氧化物V2O5和V6O13以及钒酸锂系化合物Li1+x-V3O8、LiNiVO4、Li6V5O15和LixV2O5等电极材料的特点、合成方法、放电容量和循环性能等作了总结.比较详细地介绍了钒的氧化物V2O5在充放电过程中结构变化的情况、钒酸锂系化合物Li1+xV3O8的结构特点、在充放电过程中物相的变化情况和容量衰减的原因,以及最近几年提出的旨在提高其容量的几种新的合成方法.对最近研究热点之一的V2O5凝胶和其衍生物质Cu0.1V2O5干凝胶的研究情况也作了介绍.【总页数】5页(P114-118)【作者】刘国强;徐宁;曾潮流;杨柯【作者单位】中国科学院,金属研究所,金属腐蚀与防护国家重点实验室,辽宁,沈阳110016;中国科学院,金属研究所,金属腐蚀与防护国家重点实验室,辽宁,沈阳110016;中国科学院,金属研究所,金属腐蚀与防护国家重点实验室,辽宁,沈阳110016;中国科学院,金属研究所,金属腐蚀与防护国家重点实验室,辽宁,沈阳110016【正文语种】中文【中图分类】TM912.9【相关文献】1.锂离子电池钒系正极材料的研究进展 [J], 田成邦;刘妍2.锂离子电池钒系正极材料的研究进展 [J], 田成邦;刘妍3.锂离子蓄电池正极材料磷酸钒盐研究进展 [J], 王海燕;唐爱东;黄可龙;吴晓4.锂离子蓄电池钒系正极材料的研究进展 [J], 李宇展;任慢慢;吴青端;魏进平;阎杰5.锂离子蓄电池层状锰系正极材料的研究进展 [J], 姚素薇; 张绍丽; 徐宁; 邱瑞珍; 张卫国因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
钒基正极材料
钒基正极材料钒基正极材料是指钒离子被用作锂离子电池的正极材料。
与传统的锂离子电池正极材料相比，钒基正极材料具有更高的电化学性能和更长的循环寿命。
在目前的研究中，钒基正极材料主要分为纳米结构材料和非晶态材料两种类型。
以下将对这两种类型进行介绍。
1. 纳米结构钒基正极材料纳米结构钒基正极材料通常是由钒氧化物纳米颗粒组成的。
由于其纳米尺寸和大量的缺陷结构，这些材料具有更高的比表面积和更好的离子传输性能。
目前研究中最常用的纳米结构钒基正极材料是钒氧化物(V2O5)。
实验结果表明，纳米V2O5的比容量可以达到350mAh/g，并且具有极好的循环稳定性。
此外，研究人员还针对纳米V2O5进行了改性，比如在纳米颗粒表面包覆一层碳质材料或将其与其他二次材料复合等，以进一步提高其电化学性能。
2. 非晶态钒基正极材料非晶态钒基正极材料是指由钒和其他金属元素组成的非晶态合金材料。
这些材料通常具有更高的反应活性和更好的化学稳定性。
实验结果表明，非晶态钒基正极材料的比容量可以达到500mAh/g，并且循环寿命也非常可观。
另外，非晶态钒基正极材料可以通过调节成分比例来控制其结构和性能。
因此，这种材料被广泛认为是未来锂电池正极材料的研究方向之一。
总体来看，钒基正极材料具有较好的电化学性能和循环寿命，在未来锂电池领域有广泛的应用前景。
不过目前钒基正极材料的成本较高，制备过程较为复杂，需要进一步研究和改进。
未来的研究可以尝试提高钒基正极材料的制备效率和降低成本，以进一步推动其应用和发展。
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。
钒酸锂正极材料的制备及性能研究
钒酸锂正极材料的制备及性能研究近年来，新能源电池技术的发展突飞猛进，其中锂离子电池作为最具潜力的新型电池，在能源储存领域发挥着重要的作用。
而作为锂离子电池正极材料的钒酸锂，由于其高电压、大能量密度和长循环寿命等优良特性，备受科研工作者的重视。
本文将介绍钒酸锂正极材料制备及性能研究方面的相关研究进展。
一、钒酸锂的制备方法钒酸锂制备方法的研究已经有了相当深入的发展，目前主要有以下几种方法：1.常规固相法：将Li2CO3、V2O5或VO2等原料粉末进行机械混合，并在高温氧化条件下烧结得到锂离子导电性能良好的钒酸锂材料。
2.羟基化-沉淀法：通过溶液反应，使用V2O5或VO2等原料和LiOH反应，生成钒酸锂的沉淀物，最后进行干燥和烧结处理。
3.水热法：将钒酸锂原料加入到水热反应体系中，通过加热和混合反应，可以得到高纯度的钒酸锂粉末材料。
4.溶胶-凝胶法：该法是将钒酸锂前体悬胶浸渍在碱性水溶液中，经过干燥、烧结，最终获得高纯度、均匀性好的钒酸锂材料。
根据现代分析技术的研究，以上方法均可制备出极品钒酸锂粉末，其中溶胶-凝胶法的制备效果最好，能够得到的钒酸锂粉末的晶粒度更细，比表面积更大。
二、钒酸锂正极材料的性能研究1.电化学性能钒酸锂具有独特的晶体结构和电化学性能，其作为锂离子电池正极材料的能力被广泛研究。
实验研究表明，钒酸锂在充放电过程中具有良好的电化学循环性能，能够实现高达99.8%以上的电压效率，并保持循环稳定性。
此外，钒酸锂的比能量和比功率也相对较高，可满足锂离子电池在高能量、高功率应用领域的需要。
2.物化性能钒酸锂晶体材料的晶体结构独特，具有特殊的草酸结构。
因此，通过将其制成的粉末材料，晶粒度越大、比表面积越小，其发生的表面化学反应也就越少。
另外，钒酸锂的热稳定性也不错，通常在500摄氏度左右才会出现分解，而其热容量和热导率也相对较低，可以有效降低锂离子电池的温升。
三、钒酸锂正极材料的未来研究方向尽管钒酸锂正极材料已经获得了不错的研究成果和应用效果，但是其表现出的能量密度还不够高，同时当前钒酸锂的合成方法并不具有永续性和环境友好性等问题仍存在。
五氧化二钒电极的制备及其在电化学储能中的应用
五氧化二钒电极的制备及其在电化学储能中的应用在当今的能源危机中，电化学储能技术被认为是一个具有重要应用价值的领域，具有储存大量能量、高效转换和灵活性等特点。
五氧化二钒是一种能够在电化学储能中扮演着重要角色的电极材料。
本文主要探讨五氧化二钒电极的制备方法及其在电化学储能中的应用。
一、五氧化二钒电极的制备方法五氧化二钒，又称钒(V)氧化物，化学式为V2O5，是一种灰黑色的固体，具有良好的电化学性能。
五氧化二钒电极的制备方法一般分为化学法和物理法两种。
1. 化学法化学法制备五氧化二钒电极的方法较为简单易行，主要是通过溶液合成来制备。
首先，将氢氧化钒或氯化钒溶解在氢氧化钠溶液中，形成一定浓度的V2O5溶液。
将此溶液加热至70-100℃并搅拌，让V2O5逐渐析出。
待溶液降温至室温后，将析出的V2O5颗粒用水洗涤至中性，在阴凉处放置静置，待溶液中的V2O5颗粒沉淀后，收集沉淀物并在空气中干燥即可。
2. 物理法物理法制备五氧化二钒电极的方法较为复杂，但所制备出的电极性能较佳，主要有以下几种方法：（1）直接固相合成法该方法将V2O5与一定比例的碳酸氢钠混合，并在空气条件下加热至800℃左右，得到粒径较小的V2O5粉末。
（2）溶胶-凝胶法该方法先将三氧化钒和硝酸等混合物制成溶液，然后在旋转薄膜下将该溶液制成凝胶，最后在空气中加热煅烧，得到高效的V2O5粉末。
（3）堆积法该方法将V2O5粉末、在某种介质中溶解的粘合剂和成型剂混合后，经过制备、压实、干燥、增收等工艺步骤，形成具有一定形状的V2O5电极。
二、五氧化二钒电极的应用五氧化二钒电极作为电化学储能领域中的重要材料，具有高放电电位、高比容量、较好的电化学稳定性等优点。
其应用范围较广，以下是五氧化二钒电极在电化学储能中的几个重要应用：1. 锂离子电池五氧化二钒电极是一种重要的正极材料，目前已广泛应用于通讯、电视、笔记本电脑、电动工具等锂离子电池系统中，其高能量密度和较长寿命成为其在锂离子电池中广泛应用的关键原因之一。
磷酸钒钠正极材料
磷酸钒钠正极材料
磷酸钒钠正极材料是一种新型的锂离子电池正极材料，具有高能量密度、长循环寿命、低成本等优点，被广泛应用于电动汽车、储能系统等领域。
磷酸钒钠正极材料的制备方法主要有固态反应法、水热法、溶胶-凝胶法等。
其中，固态反应法是最常用的制备方法，其原理是将钒酸铵和磷酸钠在高温下反应得到磷酸钒钠。
水热法和溶胶-凝胶法则是利用水热或溶胶-凝胶反应制备磷酸钒钠。
磷酸钒钠正极材料具有较高的电化学性能，其电化学反应机理是锂离子在正极材料中的嵌入和脱出。
磷酸钒钠正极材料的嵌入和脱出过程是可逆的，因此具有长循环寿命。
同时，磷酸钒钠正极材料的电化学反应峰值电位较低，可以有效避免电解液的分解和电池的安全问题。
磷酸钒钠正极材料的应用领域主要包括电动汽车、储能系统等。
在电动汽车领域，磷酸钒钠正极材料具有高能量密度、长循环寿命、低成本等优点，可以有效提高电动汽车的续航里程和使用寿命。
在储能系统领域，磷酸钒钠正极材料可以作为储能系统的正极材料，具有高能量密度、长循环寿命、低成本等优点，可以有效提高储能系统的储能效率和使用寿命。
磷酸钒钠正极材料是一种具有广泛应用前景的新型锂离子电池正极
材料，其优点包括高能量密度、长循环寿命、低成本等，可以应用于电动汽车、储能系统等领域，为人们的生活带来更多便利和舒适。
锂离子电池正极材料磷酸钒锂的制备及性能研究
锂离子电池正极材料磷酸钒锂的制备及性能研究一、本文概述随着全球能源需求的持续增长和环境问题的日益严峻，高效、环保的能源存储技术成为了研究的热点。
在众多电池技术中，锂离子电池以其高能量密度、长循环寿命和环境友好性等优点，广泛应用于移动电子设备、电动汽车以及大规模储能系统等领域。
正极材料作为锂离子电池的核心组成部分，其性能直接决定了电池的整体性能。
因此，研究和开发新型高性能的正极材料对于提升锂离子电池的性能具有重要意义。
磷酸钒锂（Li3V2(PO4)3，简称LVP）作为一种具有潜力的锂离子电池正极材料，因其高理论比容量、良好的结构稳定性和环境友好性而备受关注。
然而，磷酸钒锂在实际应用中仍面临导电性差、能量密度相对较低等问题。
因此，如何通过合理的制备工艺改善其电化学性能，成为了当前研究的重点。
本文旨在探讨磷酸钒锂的制备方法，并通过实验手段研究其电化学性能。
介绍了磷酸钒锂的基本性质和研究背景，阐述了其在锂离子电池领域的应用潜力。
随后，详细描述了磷酸钒锂的制备方法，包括原料选择、合成工艺以及后处理等方面。
接着，通过电化学测试手段，研究了磷酸钒锂的电化学性能，包括比容量、能量密度、循环稳定性和倍率性能等。
还探讨了不同制备条件对磷酸钒锂性能的影响，并分析了其性能优化的潜在机制。
本文的研究不仅有助于深入理解磷酸钒锂的电化学性能及其影响因素，也为进一步优化其制备工艺和提高其在锂离子电池中的实际应用性能提供了有益的参考。
本文的研究结果也为其他高性能锂离子电池正极材料的研发提供了有益的借鉴和启示。
二、磷酸钒锂的制备方法磷酸钒锂（Li3V2(PO4)3，简称LVP）作为一种具有潜力的锂离子电池正极材料，其制备方法对材料性能有着直接的影响。
磷酸钒锂的制备方法主要包括固相法、溶液法以及熔融盐法等。
固相法：固相法是最早用于制备磷酸钒锂的方法，其基本原理是通过将锂源、钒源和磷源按一定比例混合，在高温下进行固相反应来制备磷酸钒锂。
磷酸钒锂的制备
关于制备单斜结构Li3V2 ( PO4 ) 3的主要方法有: 高温固相法、溶胶－凝胶法、微波法等，但是在近年来的文献中也出现了一些新颖的方法: 如水热法、喷雾沉积法等。
1、溶胶-凝胶法制备锂离子电池正极材料磷酸钒锂的方法将五氧化二钒粉末加热到600-900℃，并恒温1-4h使其熔融后迅速倒入装有水的容器中形成棕红色溶液，然后往溶液中加入锂盐、磷酸盐和有机酸，混合均匀后，在惰性气体的保护下于400℃-700℃烧结5-20h，冷却后即为成品Li3V2(PO4)3。
本发明解决了钒离子容易氧化问题，降低了烧结温度，降低了成本，提高了样品的充放电性能和循环性能。
2、一种快速溶胶凝胶法制备锂离子电池正极材料磷酸钒锂的方法(1)将五氧化二钒加入到还原性酸的溶液中，加热至60-80℃，恒温搅拌10-50min，得到蓝色溶液；(2)向蓝色溶液中加入与五氧化二钒的化学计量比为3-3.2：2.9-3.05：0.95-1.05的锂盐；(3)将得到的粉末材料在惰性气氛中于200-400℃下处理2-4h，得到前驱体；(4)将得到的前驱体与另一种碳源混合研磨均匀后，冷却得到锂离子电池正极材料磷酸钒锂。
本发明的优点是：(1)简化了合成工艺，降低了成本，适用于工业化生产；(2)焙烧时间大大缩短降低了产品的粒度，合成的材料粒度均为纳米尺寸；(3)在烧结前混合碳源，碳颗粒也可以抑制材料晶粒的生长，合成得到的材料颗粒均匀、细小.3、磷酸钒锂的制备方法(1)前驱体的制备，原料物质包括锂、钒、磷酸根和碳，锂、钒、磷酸根的摩尔比为锂∶钒∶磷酸根＝2.9～3.3∶2∶3，钒与碳的摩尔比为钒∶碳＝1∶1.0～5.5；按原料物质的配比计算各原料物质的提供物，将各原料物质的提供物放入反应容器并加水在常压、60～90℃进行搅拌，直到各原料物质的提供物完全溶解为止，然后将所获溶液减压蒸馏，蒸干水分即得到前驱体；(2)煅烧，将前驱体在惰性气体保护下于常压、550～950℃保温6～20小时，然后随炉自然冷却至室温，即获磷酸钒锂。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
材料化学专业科研训练题目: 锂电池正极材料钒系材料的制备班级: 材化10-1班1009020118 姓名: 张鹤指导教师: 李丽波哈尔滨理工大学化学与环境工程学院20013年10月11日摘要本文主要介绍钒系正极材料相关内容。
包括了锂钒氧化物正极材料的工作原理、材料种类、发展情况等方面的内容。
介绍了目前锂钒氧化物正极材料较为成熟和普遍的制备方法。
重点讲述了Li1+x V3O8材料的制备工艺，包括固相合成法、溶胶凝胶法和水热法。
在综述的基础上，设计了溶胶凝胶法制备Li1+3V3O8材料的过程，表征手段并预测其结果。
目录摘要 (I)第1章绪论 (1)1.1 锂电池电池正极材料介绍 (1)1.2 锂钒氧化物正级材料介绍 (3)1.2.1 Li x VO2及Li x V2O4 (3)1.2.2 Li1+x V3O8 (4)1.3 钒系正极材料研究现状 (4)第2章锂钒氧化物正极材料 (6)2.1 锂离子电池工作原理 (6)2.2 钒系正极材料介绍 (7)2.2.1 LiVO2及LiV2O4 (7)2.2.2 Li1+x V3O8介绍 (8)2.3 钒系正极材料制备方法 (11)2.3.1 固相合成法 (11)2.3.2 溶胶凝胶法 (13)2.3.3 水热法 (14)第3章Li1+x V3O8制备和改性 (15)3.1 溶胶-凝胶法法制备Li1+x V3O8 (15)3.1.1 试剂及设备 (15)3.1.2 Li1+x V3O8制备原理及过程 (15)3.2 Li1+x V3O8表征 (17)3.2.1 TGA/DTA测试 (17)3.2.2 XRD、TEM、SEM分析 (17)3.2.3 充放电试验循环伏安测试 (17)3.3 Li1+x V3O8材料改性 (18)总结 (19)参考文献 (20)第1章绪论1.1锂电池电池正极材料介绍锂电池是上个世纪70年代以后发展起来的一种新型电池，由于锂电池具有小型、轻量、容量大等特点，因而被称作是支撑电子产业技术的四个主要领域之一。
锂电池通常是指以金属锂或锂离子为正极活性物质的化学电源，可分为一次锂电池和二次锂电池。
电池通常由正极、负极和电解液三部分构成，而电池化学体系决定了电池的电化学反应，从而决定了电池的理论电压、理论比容量和理论比能量。
因而对于电池正极材料的研究是提高电池电化学性能的一个很重要的方面。
当前对于锂电池正极材料研究最多的是过渡金属氧化物和有机硫化物两大类。
过渡金属氧化物是锂与过渡金属形成的嵌入式化合物，是目前锂离子电池中应用的主要正极材料。
现在研究和应用的主要过渡金属氧化物为LiCoO2、LiVO2、LiNiO2和Li x MnVO2以及它们的掺杂物。
有机硫化物正极材料这类材料是在上个世纪90年代后才发展起来的新型储能材料，包括有机硫化物及其聚合物，主要用于以锂为负极的锂电池中。
这类材料的分子结构中含有双硫键(-S-S)，基于其可逆的电解聚-电聚合过程(2S-→S-S+2e-)而发生能量交换，其理论能量密度高达1500～3500Wh/kg，实际能量密度可达830Wh/kg，而且这种材料有一个很大的优点是可以按预定的方式控制其有机基团和分子结构以及通过共聚、共混来改变其物理、化学和电化学性能[1]。
发展高能锂离子电池的关键技术之一是正极材料的开发，与锂蓄电池负极材料的发展相比较，正极材料的发展稍显缓慢。
原因在于尽管理论上可以脱嵌锂的物质很多，但要将其制备成能实际应用的材料却并非易事，子电池正极材料的嵌锂化合物是锂离子的贮存库，充电时，Li+离子从正极逸出，嵌入负极，放电时Li+离子则从负极脱出，插入正极，即在充放电过程中，Li+离子在正负极间嵌入脱出往复运动犹如来回摆动的摇椅或往复运动的羽毛球，因此这种电池又被称为“Rocking-chair battery或Shuttlecock batte ry”。
根据其工作原理，正极材料在性质上一般应满足：(1)在所要求的充放电电位范围内，具有与电解质溶液的电化学相容性；(2)温和的电极过程动力学；(3)高度可逆性；(4)在全锂化状态下的空气中稳定性好。
其结构应具有；(1)层状或隧道结构，以利于锂离子的脱嵌，且在锂离子脱嵌时无结构上的变化，以使电极具有良好的充放可逆性；(2)锂离子在其中尽可能多的嵌入和脱出，以使电极有较高的容量，且在锂离子嵌脱时，电极反应的自由能变化不大，以使电池有较平稳的充放电电压；(3)锂离子在其中应有较大的扩散系数，以使电池有较好的快速充放电性能。
目前正极材料研究的热点主要集中在层状LiMO2和尖晶石型LiM2O4结构的化合物上(M=Co、Ni、Mn、V等过渡金属离子)。
其中研究较多的正极材料是三种富锂的过渡金属氧化物LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4。
LiCoO2属于α-ΝaFeO2型结构，它具有二维层状结构，适宜Li+的脱嵌，由于其制备工艺较简单、性能稳定、比容量高、循环性好，是最早商品化的锂离子蓄电池正极材料。
但是LiCoO2的价格较高，且使用过程有一定毒性等缺点，影响了锂离子蓄电池成本的降低。
LiNiO2为层状结构，在其结构中氧原子构成立方密堆积序列，而Ni和Li则分别占据立方密堆积中3(a)与3(b)位置，这种结构的任何位错都会影响产品的电化学性能，因而其制备条件非常苛刻。
因此化学计量的电化学性能优良的LiNiO2的合成仍然是目前研究的热点。
尖晶石型LiMn2O4的嵌锂容量相对偏低，且有两个放电平台，循环性能较差，但从成本和环境方面考虑，目前还是人们较为关注的材料之一。
现有材料的电化学性能进行提高和改进，如利用掺入其它元素的方法改变材料的结构或通过改进制备方法以改变晶型或元素间的化学计量比等;另一方面是开发新的正极材料，随着锂离子蓄电池的发展，新的正极材料层出不穷。
锂钒氧化物以其高容量、低成本、无污染等优点，成为最具有发展前途的锂离子蓄电池正极材料，受到人们的极大重视[2]。
1.2锂钒氧化物正级材料介绍锂钒氧化物正极材料。
由于这种正极材料的容量高、成本低、无污染，因而受到重视。
VO2，V2O3，V6O13，V4O9，V3O7等氧化物都具有一定的嵌锂特性，它不但能形成层状嵌锂化合物Li x VO2和Li1+x V3O8又能形成尖晶石型Li x V2O4。
因为锂钒氧化物有着较高的比能量，有较大的开发潜力[3]。
1.2.1Li x VO2及Li x V2O4层状化合物Li x VO2的结构为α-NaFeO2型扭曲的岩盐层状结构。
但当Li+离子脱嵌时，层状的Li x VO2结构变得不稳定，在Li1-x VO2中，当x<0.3时，约有1/3的钒离子从钒层迁入缺锂层形成电化学活性很小的有缺陷的岩盐结构，从而破坏了锂离子扩散用的二维平面，锂离子嵌入时不能再生成原有的层状结构。
在尖晶石型Li x V2O4中，V2O4骨架是一个有利于Li+离子扩散的四面体与八面体共面的三维网络结构，氧原子作立方紧密堆积，75%的钒原子交替地位于立方紧密堆积的氧层之间，余下25%的钒原子位于相邻层，在脱锂状态下，有足够的钒原子存在每一层中以保持氧原子理想的立方紧密堆积状态，但与LiVO2类似，尖晶石型化合物LiV2O4作为正极，在锂的脱嵌过程中，结构从尖晶石型变成有缺陷的岩盐型，约有1/9的钒离子从富钒层进入相邻层而破坏了供锂离子扩散的三维空间，这限制了该化合物的应用[2]。
1+x381957年，Wadsley提出层状化合物LiV3O8可作为锂蓄电池正极材料。
这之后Besenhard等通过研究发现，层状化合物Li1+x V3O8具有优良的嵌锂能力，作为电池正极材料具有比容量高、循环寿命长等优点，并且在很大程度上克服了二硫族化合物不能经受深度放电和容易受潮等方面的不足。
LiV3O8的结构使其在充放电循环过程中有一个稳定的晶体结构。
在高达2.63V的平均电压，每摩尔钒氧化物Li1+x V3O8的可逆脱嵌锂量可达3摩尔锂离子以上，这使它具有高的比容量。
Li1+x V3O8的比容量一般在300mAh/g以上，锂的扩散系数在10-12~10-14m2/s之间。
锂离子在其中较高的化学扩散率使得锂在嵌入和脱出时具有超常的结构稳定性，从而具有更长的循环寿命。
由于这些特点，Li1+x V3O8成为了近年来最具有发展前景的研究较多的正极材料[4]。
1.3钒系正极材料研究现状目前，锂钒化合物系列已被越来越多的研究者关注。
钒是典型多价（V2+、V3+、V4+、V5+)过渡金属元素，化学性质非常活泼，钒氧化物既能形成层状嵌锂化合物VO2、V2O5、V3O7、V4O9、V6O1、LiVO2及LiV3O8、LiV2O4(尖晶石型）及LiNiVO4(反尖晶石型）等嵌锂化合物。
与已商品化或研究较为成熟的正负电极材料相比，钒锂系系材料具有比容量高，无毒，价廉等优点，作为新一代的绿色材料，研发价值已得到世界认可。
对于钒酸锂电池电极材料，其高价态氧化物电离能高，固可产生较高电位，可用于锂电池正极材料。
如以V2O5为原料，制备的γ-LiV2O5中V的平均价位为+4.5价，最大比容量达259mAh/g(1.5~4.2V范围内)。
另一类是其低价位中V的变价反应(+3/+4)。
由于其电离能低，固产生的电极电位较低，应用于电池负极材料，且其有313.6mAh/g的理论容量，很具潜力。
我国钒资源丰富，世界储量居于第五位，目前钒及其化合物主要应用且商品化，将对我国钒资源的优化利用和锂离子二次电池的发展有着重要的意义[5]。
第2章 锂钒氧化物正极材料2.1 锂离子电池工作原理锂离子二次电池的正、负极都是插入化合物，以Li y M n Y m 表示→负极材料，Li z A v B w 表示正极材料，则反应式可表示为：负极: y n my x n m Li M Y Li M Y xLi xe +-+++充电放电 正极: z y w z x y w Li M Y Li M Y xLi xe +--++充电放电总反应: y z n m y w y x n m z x y w Li M Y Li M Y Li M Y Li M Y +-++充电放电锂离子二次电池反应的实质为一个Li +浓差电池：充电时，Li +从正极化合物中脱出并嵌入负极晶格，正极处于贫锂态；放电时，Li +从负极脱出并插入正极，正极为富锂态。
为保持电荷的平衡，充、放电过程中应有相同数量的电子经外电路传递，与Li +一起在正负极间迁移、使正负极发生氧化还原反应，保持一定的电位。
这种充、放电过程似一把摇椅，故锂离子二次电池又称摇椅电池(Rocking Chair Batteries ，简称为 RCB)。
锂离子电池的工作示例见图2-1[6]。