钒氧化物正极材料的制备、掺杂及其电化学性能研究

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1、分类号：TB3密级：公开编号：102011084桂林理工大学硕士研究生学位论文钒氧化物正极材料的制备、掺杂及其电化学性能研究专业：材料科学与工程研究方向：无机功能材料研究生：程浩指导教师：邹正光教授论文起止日期：2012年9月至2014年4月I万方数据StudyonSynthesis,DopingandPropertyofVandiumOxideasCathodeMaterialsMajor：MaterialsScienceandEngineeringDirectionofStudy：InorganicFunctionalMa

2、terialsGraduateStudent：ChengHaoSupervisor：Prof.ZouZhengguangCollegeofMaterialsScienceandEngineeringGuilinUniversityofTechnologySeptember,2012toApril,2014II万方数据III万方数据摘要与传统的锂离子电池正极材料（LiCoO2等）相比，层状结构V6O13和VO2(B)具有比容量大、能量密度高、合成方法简单、价格便宜等优点，被越来越多的研究者认为是具有开发和应用潜力的新一代锂离子正

3、极材料。钒氧化物的常用合成方法为固相法和水热法，但是较难制备出纯相的钒氧化物。而溶剂热具有容易生成特殊价态的化合物、能够控制产物的形貌、能够均匀掺杂等优点。本文采用水热法、固相法制备出了V6O13，用溶剂热法制备了V6O13、VO2(B)、MnV2O6。对不同方法合成钒氧化物进行了电化学性能对比后发现溶剂热法制备的钒氧化物电化学性能较好。本文主要研究了溶剂热合成过程，并分别对V6O13和VO2(B)的溶剂热合成工艺进行了探讨，主要研究了乙醇和水的配比、溶剂热保温温度、溶剂热保温时间、煅烧温度等条件对产物物相和电化学性能的影响，

4、得到了溶剂热制备V6O13和VO2(B)的最佳工艺。2+为了提高V6O13和VO2(B)在脱嵌锂过程中的结构稳定性，对V6O13分别进行Mn、2+2+4+Ni掺杂，对VO2(B)分别进行Cu、Ti掺杂。同时用溶剂热合成了块状和管状MnV2O6，2+2+2+并对其充放电性能进行了初步探讨。对V6O13分别进行Mn、Ni掺杂后发现，Mn或2+Ni都能够进入到V6O13正极材料的晶格中。掺杂后的V6O13脱嵌锂离子时的结构稳定性2+2+能得到提高。CV和EIS测试表明部分Mn或Ni取代了的钒位置，在锂离子的脱出和嵌入过程中材料被破坏

5、的程度降低，抑制了容量衰减，循环性能得到改善。对VO2(B)进行2+2+Cu掺杂后发现，Cu的加入使VO2(B)正极材料的脱嵌锂离子的能力和充放电稳定性都2+得到提高。当掺Cu量为1.03at.%时，VO2(B)在低倍率和高倍率的性能都得到提高，在0.132C放电首次放电比容量317.1mAh/g，51次循环后的放电比容量仍然保存在234.34+mAh/g。对VO2(B)进行Ti掺杂后增强了脱嵌锂能力和结构稳定性，尤其会提高正极材4+料在高倍率下的充放电性能。当掺Ti量为0.68at.%时，VO2(B)在6.563C下具有17

6、1mAh/g的放电比容量，50次循环后容量保持率达到83.6%。块状MnV2O6在40mA/g的电流密度下具有409mAh/g的放电比容量，但是容量衰减较快。管状MnV2O6它能够减少锂离子扩散在界面的距离，从而影响MnV2O6在充放电过程形成非晶态，在40mA/g的电流密度下具有216mAh/g的放电比容量，循环过程中其结构有所破坏，性能也有所降低。关键词：锂离子电池，正极材料，V6O13，VO2，掺杂IV万方数据AbstractComparedwiththetraditionalcathodematerialslikeLi

7、CoO2,thelayerV6O13andVO2(B)haveadvantagessuchashighspecificcapacity,highenergydensity,synthesisedeasily,andthematerialscheaply,etc.Becauseofhighvalueofapplication,moreandmoreresearchersregardV6O13andVO2(B)asanewgenerationLi-ioncathodematerialwhichhavepotentialofdeve

8、lopmentandapplication.Thesyntheticmethodsofvanadiumoxidearesolidphasemethodandhydrothermalmethod,butthesearedifficulttopreparethepurephase