钒系磷酸盐锂离子电池正极材料
《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。
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。
钒元素锂离子电池与钛合金的关键元素
钒元素锂离子电池与钛合金的关键元素随着电动汽车和可再生能源的快速发展，锂离子电池成为当今最重要的电池技术之一。
然而，为了提高电池性能和使用寿命，科学家们一直在寻找新的材料和方法。
近年来，钒元素和钛合金作为锂离子电池中的关键元素受到了广泛的关注。
钒元素的添加可以提高电池的能量密度和循环寿命，而钛合金作为电池的电极材料具有优异的导电性和结构稳定性。
本文将介绍钒元素和钛合金在锂离子电池中的应用以及它们在提高电池性能方面的关键作用。
一、钒元素在锂离子电池中的应用钒元素作为一种过渡金属元素，可以被加入到正极材料中以提高锂离子电池的性能。
其主要应用如下：1. 正极材料改性钒元素可以被掺入锂离子电池的正极材料，如锰酸锂和三元材料，以提高电池的能量密度和电化学性能。
研究表明，适量的钒元素掺杂可以增加电池的比容量和容量保持率，减少电池充放电过程中的电阻，从而提高电池的循环寿命和使用性能。
2. 锂硫电池钒元素也被广泛应用于锂硫电池中。
在锂硫电池中，钒元素可以作为一种过渡金属催化剂，促进锂和硫之间的反应，提高电池的能量密度和循环寿命。
此外，钒元素还可以抑制锂枝晶的生长，改善电池的安全性能。
二、钛合金在锂离子电池中的应用钛合金作为一种优秀的电极材料，具有良好的导电性和结构稳定性，被广泛应用于锂离子电池的负极。
其主要应用如下：1. 负极材料钛合金可以作为锂离子电池的负极材料，取代传统的石墨材料。
相比于石墨，钛合金具有更高的比容量和更好的循环稳定性。
此外，钛合金还具有较高的导电性和良好的结构稳定性，可以减少电池充放电过程中的电阻损耗，提高电池的能量转化效率。
2. 导电添加剂钛合金可以作为一种导电添加剂，被加入到锂离子电池中的正极和负极材料中，以提高电池的导电性能和循环寿命。
研究表明，适量的钛合金掺杂可以改善电池材料的导电性和电化学性能，提高电池的能量密度和使用寿命。
综上所述，钒元素和钛合金作为锂离子电池的关键元素，对于提高电池的能量密度、循环寿命和使用性能起着重要作用。
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。
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。
《低钒型NASICON磷酸钠盐正极材料的制备和储钠性能研究》范文
《低钒型NASICON磷酸钠盐正极材料的制备和储钠性能研究》篇一摘要：本文旨在研究低钒型NASICON磷酸钠盐正极材料的制备工艺及其储钠性能。
通过优化制备条件，成功制备出具有良好电化学性能的NASICON材料，并对其储钠性能进行了系统研究。
实验结果表明，所制备的NASICON材料具有较高的可逆容量和良好的循环稳定性，为锂离子电池正极材料的研究与应用提供了新的方向。
一、引言随着新能源汽车和智能电网等领域的快速发展，对高能量密度、高安全性的储能器件需求日益增长。
锂离子电池因其高能量密度和长寿命等优点，已成为目前市场上的主流储能器件。
正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，其性能直接决定了电池的电化学性能。
NASICON型磷酸盐正极材料因具有良好的结构稳定性和高比容量而备受关注。
然而，高钒含量可能影响材料的实际使用性能及成本，因此，低钒型NASICON磷酸钠盐正极材料的开发具有重要意义。
二、材料制备低钒型NASICON磷酸钠盐正极材料的制备主要包括原料选择、混合、烧结等步骤。
选择合适的原料是制备高性能材料的基础。
本实验采用低钒含量的原料，通过球磨混合、高温烧结等工艺，制备出低钒型NASICON磷酸钠盐正极材料。
三、材料表征对所制备的低钒型NASICON磷酸钠盐正极材料进行表征，包括X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等手段。
XRD分析表明，所制备的材料具有典型的NASICON结构；SEM 观察显示材料颗粒分布均匀，形貌规整。
这些结果表明，所制备的低钒型NASICON磷酸钠盐正极材料具有良好的结晶度和形貌。
四、储钠性能研究对所制备的低钒型NASICON磷酸钠盐正极材料的储钠性能进行研究。
首先在半电池体系中评估其电化学性能，包括充放电曲线、循环性能和倍率性能等。
实验结果表明，该材料具有较高的可逆容量和良好的循环稳定性。
此外，在全电池体系中，该材料也表现出优异的储钠性能。
这得益于其良好的结构稳定性和高比容量。
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。
锂离子电池正极材料磷酸钒锂的改性研究
锂离子电池正极材料磷酸钒锂的改性研究∗李月姣;曹美玲;吴锋【摘要】In recent years,poly anionic phosphate cathode materials for lithium ion batteries are widely con-cerned by the researchers because of their stable structure and excellent cycling performance.Lithium vanadium phosphate has the theoretical capacity of 1 9 7 mAh/g.It has high energy density,high charge and discharge voltage platform and excellent thermal pared to other cathode materials,it has obvious advanta-ges.But its electronic conductivity is low and not suitable for high current charge and discharge,which limits its practical application,we must carry on the modification research.Current modification methods include coating conductive materials on its surface,metal doping,controlling its morphology etc.In this paper,combined with the structure of lithium vanadium phosphate,we reviewed various modification methods and make a compara-tive analysis.Furthermore,combined with the research achievements of our team,the existing problems and the future research trend are discussed.%近年来,作为锂离子电池正极的磷酸盐材料因为其结构稳定,循环性能优良,受到研究者的普遍关注。
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。
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第23卷第9期2011年9月化 学 进 展PROGRESS IN CHEMISTRYVol.23No.9 Sep.,2011 收稿:2010年12月,收修改稿:2011年4月 ∗国家自然科学基金项目(No.50872076)、山东省高等学校科技计划项目(No.J09LD23)和山东大学晶体材料研究所国家重点实验室开放课题项目(No.KF0905)资助∗∗Corresponding author e⁃mail:rmmtzhx@钒系磷酸盐锂离子电池正极材料∗任慢慢∗∗ 刘素文 卢启芳(山东轻工业学院山东省玻璃与功能陶瓷加工与测试技术重点实验室 济南250353)摘 要 商业化锂离子电池以锂过渡金属氧化物作正极材料,由于安全性等问题限制了其更广泛的应用。
在已经研究和开发的众多新型锂离子电池正极材料中,钒系磷酸盐由于具有较高的对锂电位和理论比容量而成为研究热点。
本文综述了各种钒系磷酸盐类锂离子电池正极材料的研究现状,重点对各种材料的结构、制备方法和电化学性能进行了总结,并对改善材料综合性能的方法和机理进行了探讨。
关键词 钒系磷酸盐 锂离子电池 正极材料中图分类号:O614.51;TM912 文献标识码:A 文章编号:1005⁃281X(2011)09⁃1985⁃08Vanadium⁃Based Phosphates as Cathode Materialsfor Lithium Ion BatteriesRen Manman ∗∗ Liu Suwen Lu Qifang(Key Laboratory of Processing and Testing Technology of Glass &Functional Ceramic ofShandong Province,Shandong Polytechnic University,Jinan 250353,China )Abstract Nowadays Li ion batteries have been widely used in many fields as power suppliers for mobileequipment.In commercialized Li ion batteries,cathode materials are mainly lithium transition⁃metal oxides.However,high cost and security problem limit their large⁃scale use.Phosphate materials,with a rigid phosphatenetwork and remarkable electrochemical and thermal stability,are considered as a substitution for lithium transition⁃metal oxides.Among the newly⁃exploited phosphate cathode materials,vanadium⁃based phosphates,with stable structure and high theoretical specific capacity,have been attracting much research interest.In this review,recent progress is summarized on the vanadium⁃based phosphate cathode materials for lithium ion batteries,particularly focusing on the structure,preparation methods,and electrochemical performances of this series of materials.Also,the strategies and the corresponding mechanisms are discussed for the improvement of their general performances.Key words vanadium⁃based phosphate;lithium⁃ion batteries;cathode materialContents1 Introduction2 Structure characterization and electrochemical perf⁃ormances of vanadium⁃based phosphates2.1 Li 3V 2(PO 4)32.2 LiVPO 4F 2.3 (Li)VOPO 42.4 LiVP 2O 73 Preparation methods of vanadium⁃based phosphates 3.1 High temperature solid state reaction 3.2 Carbothermal reduction 3.3 Sol⁃gel method3.4 Microwave solid⁃state reaction·1986 ·化 学 进 展第23卷3.5 Hydrothermal process 3.6 Other methods 4 Strategiesfortheimprovementofgeneralperformances4.1 Coating or doping with high⁃conductivity materials 4.2 Doping with other ions 5 Conclusions and outlook1 引言锂离子二次电池具有比能量高、循环寿命长、放电性能稳定和工作温度范围宽等优点而成为各种便携式电子产品的理想电源[1],也将成为未来混合动力汽车和电动汽车的首选电源。
然而,与负极材料相比,正极材料由于价格偏高、比容量偏低等因素成为限制锂离子电池大规模发展的瓶颈。
目前商业化的层状正极材料LiCoO 2充电截止电压仅能到4.3V,实际容量仅达到理论容量的一半,并且很容易受到电解液中HF 的侵蚀,存在较大的安全隐患。
具有橄榄石结构的LiFePO 4材料具有较好的热稳定性和安全性[2,3],可在电解质中长期稳定存在[4]等优点,目前被认为是可以代替LiCoO 2的首选正极材料。
尽管LiFePO 4材料的制备技术目前已相对成熟,但是材料较低的对锂电位(3.5V),难以满足人们对高能量密度电池的需求。
钒系磷酸盐类电极材料由于具有较高的对锂电位和理论比容量成为锂离子电池正极材料的又一研究热点[5]。
本文综述了钒系磷酸盐类锂离子电池正极材料的结构和性能特点以及各种材料的研究现状。
2 各种材料的结构特征与电化学性能2.1 Li 3V 2(PO 4)3Li 3V 2(PO 4)3材料存在单斜和菱方两种晶型[6]。
Li 3V 2(PO 4)3结构单元包括金属八面体和磷酸根四面体,并且它们共同拥有一个顶点氧原子。
两种晶型的区别在于金属八面体和磷酸根四面体连接方式和碱金属存在的位置不同。
单斜Li 3V 2(PO 4)3属于P 21/n 空间群,晶胞参数为:a =8.662Å,b =8.624Å,c =12.104Å,β=90.452°[6]。
单斜Li 3V 2(PO 4)3结构单元中,每一个金属八面体被6个磷酸根四面体所包围,每个磷酸根四面体周围存在4个金属八面体,这种构型形成一个以M 2T 3为单元的三维网状结构空间群。
锂嵌在框架的空穴中,三个四面敞开的晶体位置为锂提供了12个位置[7,8](图1)。
单斜Li 3V 2(PO 4)3中的锂离子处于4种不等价的电荷环境中[9,10],所以电化学电压谱(electrochemical voltage spectroscopy,EVS)(图2)中出现3.61、3.69、4.1和4.6V 四个充电平台。
前三个充电平台的锂离子嵌脱对应于V 3+/V 4+电对,而4.6V 的平台是第三个锂离子嵌脱对应于V 4+/V 5+电对[11]。
当三个锂离子全部从结构中脱出时,材料拥有197mAh /g 的理论比容量。
图1 单斜结构的Li 3V 2(PO 4)3晶体结构示意图[8]Fig.1 Crystal structure of monoclinic Li 3V 2(PO 4)3[8]图2 单斜Li 3V 2(PO 4)3电化学电压谱图(3—5V vs Li /Li +)[11]Fig.2 EVS voltage profile of monoclinic Li 3V 2(PO 4)3between 3and 5.0V vs Li /Li +[11]菱方Li 3V 2(PO 4)3中3个锂离子处于相同的电荷环境中,前两个锂离子的脱出伴随着V 3+/V 4+电对的转化,但是只有1.3个锂离子可以再重新嵌入,相当于只有90mAh /g 的放电比容量,性能明显比单斜结构的Li 3V 2(PO 4)3差,其主要原因可能是因为锂离子脱出后,材料的晶体结构发生了从菱方到三斜的变化,阻止了锂离子的可逆嵌入[12]。
2.2 LiVPO 4F氟磷酸化合物LiVPO 4F 是第一个作为锂离子电池正极材料含氟的磷酸化合物[13—16]。
LiVPO 4F第9期任慢慢等 钒系磷酸盐锂离子电池正极材料·1987 ·与LiFePO 4OH 和LiAlPO 4F 晶体结构相同,属于三斜晶系,晶胞参数为:a =5.1687(2)Å,b =5.3062(2)Å,c =7.5031(3)Å,α=66.856(2),β=67.004(2),γ=81.853(2)。
LiVPO 4F 的三维结构中,沿着c 轴,通过氧原子分享VO 4F 2八面体和PO 4四面体,PO 4四面体交联在一起,P 在八面体链内组成桥阳离子,在这个结构中有两个结晶位置可使锂离子嵌入(图3)。
LiVPO 4F 有着良好的结构稳定性,材料中的锂离子可以可逆地嵌入和脱出,伴随着V3+/V 4+价态的变化,其理论比容量为156mAh /g,充放电平台在4.2V 左右(图4)。
图3 LiVPO 4F 的晶体结构图[17]Fig.3 The crystal structure of the LiVPO 4F[17]图4 Li //LiVPO 4F 电池中LiVPO 4F 材料在C /5倍率下的电化学性能(3—4.40V vs Li /Li +)[13]Fig.4 Electrochemical performance data for a typical Li //LiVPO 4F cell cycled between 3.00to 4.40V at anapproximate C /5rate [13]2.3 (Li)VOPO 4VOPO 4是可以被用作锂离子电池电极材料的另一种钒系磷酸盐化合物[18—24]。