磷酸钒锂及其改性材料的制备与性能研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目磷酸钒锂及其改性材料的制备与性能研究学科专业电气工程学号201521170214作者姓名刘飞指导教师张震华教授分类号密级注1UDC学位论文磷酸钒锂及其改性材料的制备与性能研究（题名和副题名）刘飞（作者姓名）指导教师张震华教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业电气工程提交论文日期2018.04.09论文答辩日期2018.5.22学位

2、授予单位和日期电子科技大学2018年6月答辩委员会主席廖家轩评阅人廖家轩李廷帅冯婷婷尹良君姬洪注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。PreparationandPropertiesofLithiumVanadiumPhosphateandItsModifiedMaterialsAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ElectricalEngineeringAuthor:FeiLiuSupe

3、rvisor:Prof.ZhenghuaZhangSchool:SchoolofMeterialsandEnergy摘要摘要单斜结构磷酸钒锂（Li3V2(PO4)3）作为聚阴离子正极材料的一种，因其具有工作电压高、理论容量高、稳定性好、安全性好、价格便宜等优势被认为是最有希望成为新一代锂离子电池正极材料之一。但是由于单斜结构Li3V2(PO4)3的特殊空间结构使V原子之间相互隔开，限制了电子的传输，导致材料具有很低的电子导电率，限制了其实现大规模商业化应用。为了改善Li3V2(PO4)3的缺点，本文通过优化合成

4、工艺，改善材料的电化学性能，并采用离子掺杂的方法对其进行改性研究，研究了不同价态的几种金属阳离子及几种不同周期的卤族元素阴离子掺杂，并对材料的性能进行了测试，总结了影响规律。研究了溶胶-凝胶法合成Li3V2(PO4)3/C材料，通过控制实验试剂的量或者实验条件研究不同的工艺条件对LI3V2(PO4)3材料电化学性能的影响。得出最佳工艺条件参数：pH=7，柠檬酸添加量为两倍V2O5物质的量，烧结温度800℃，烧结时间8h。采用优化工艺的合成的Li3V2(PO4)3/C材料，在3.0-4.8V电压范围内0.2C倍率

5、下首圈放电比容量为140.4mAh/g，材料的大倍率性能需要进一步改进。研究了不同价态、不同位置阳离子掺杂对材料的改性影响。其中有V位取代：2+2+3+3++-2+2+Mn，Ba，Sb，Cr及Li位取代Na。二价阳离子Mn，Ba最佳掺杂比例是x=0.04，其最佳掺杂比例材料在5C大倍率下放电比容量分别为92.4mAh/g，3+3+87.6mAh/g；三价金属阳离子Sb，Cr最佳掺杂比例分别是x=0.04、x=0.01，其最佳掺杂比例材料在5C大倍率下放电比容量分别是69.6mAh/g，98.7mAh/g。均远远

6、高于未掺杂材料的大倍率性能。研究结果表明：相同价态的阳离子掺杂中，离子半径越小对材料的性能改善效果越好。研究了不同卤族阴离子掺杂对材料的改性影响。阴离子取代PO4基团位置，---其中，F的最佳掺杂比例是x=0.10，Cl，Br的最佳掺杂比例是x=0.12，其最佳掺杂比例材料在0.2C倍率下首圈放电比容量分别是142.7mAh/g、147.4mAh/g、143.6mAh/g，5C大倍率下放电比容量分别是86.1mAh/g、96.0mAh/g、98.7mAh/g。卤族元素掺杂可以提高低倍率下容量，离子半径越小对材料

7、的充放电性能提升越大；高倍率下充放电，离子半径越大对材料的充放电比容量提升越大。关键字：锂离子电池，溶胶凝胶，磷酸钒锂，阳离子掺杂，卤族元素掺杂IABSTRACTABSTRACTAsakindofpolyanionpositiveelectrodematerial,whichismostlikelytobecomeoneofthenewlygenerationofcathodematerialsforlithiumionbatteries,monocliniclithiumvanadiumphosphate(L

8、i3V2(PO4)3)havetheadvantagesofhighworkingvoltage,hightheoreticalcapacity,goodstability,goodsafety,andlowprice.However,Vatomsareseparatedfromeachotherbecauseofthespecialspatialstructureofmonoclin