Li3VO4锂离子电池负极材料的合成与改性研究

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1、分类号：密级：ｎ０７８学校代码：Ｂ保密日期：学号：２０１４２０６保密期限：广州大学硕士学位论文ｒ？题目：Ｕ３Ｖ〇４锂离子电池负极材料的合成与改性研究学生类型：□双证学术学位研究生□双证专业学位研究生ａ单证专业学位研究生学位申请人：黄镇泽导师姓名及职称陈胜洲教授学院（研究所）：化学化工学院学科专业（领域）：化学工程论文提交日期二〇一：七年六月摘要摘要锂离子电池（Lithiumionbattery）又被称作“摇椅电池”，是一种内部锂离子来回穿梭于正负极之间，可以使化学能与电能相互转化的储能装置，

2、具有体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、高电压和自放电率低等一系列优点，近年来受到人们的普遍关注与广泛使用。锂离子电池主要由正极、隔膜、电解质和负极等组成，其中正、负极材料是决定锂离子电池性能的关键因素。近年来，在探索锂离子电池新型负极材料的过程中，锂过渡金属盐系列化合物，例如Li4Ti5O12,Li1+xV1-xO2,Li3VO4等材料，由于其过渡金属元素Ti和V具有的多电子反应的特性使得可以有多个Li离子嵌入或脱出，并且保持结构不变，因而被认为是较具有实用潜力替代石墨的锂离子电池负极材料。本论文中，我们特别关注和研究了作为锂离子电池负极材料的锂过渡金属盐Li3VO4，并通过一系

3、列表征与性能测试系统研究了不同掺杂条件对其结构、电导率、电化学性能及形貌等方面的不同影响，具体研究内容如下。采用高温固相法，我们成功制备了碳包覆的Li3-xV1+xO4(-0.15≤x≤0.15)系列锂离子电池负极材料。利用XRD及Rietveld精修、SEM、充放电测试、电导性测试等方法仔细研究了Li和V相互掺杂对Li3-xV1+xO4材料的合成、结构、形貌及电化学性能的影响。XRD及Rietveld精修结果表明所合成系列样品均为单相，碳包覆Li3-xV1+xO4(-0.15≤x≤0.15)材料的晶胞体积随着掺杂量x的增加单调减小。电化学性能测试结果表明，Li2.95V1.05O4和Li

4、3。10V0.9O4样品表现出较优的循环稳定性能，在0.2C充放电条件下25个循环后，掺杂量为x=-0.10，-0.05，0.00，0.05，0.10下的充放电比容量分别为479mAh-1-1-1-1-1g，354mAhg，447mAhg，478mAhg和446mAhg，分别是同样各自样品第二个循环充放电比容量的108.07%，94.43%，84.43%，102.44%和93.48%。而对碳包覆Li3-xV1+xO4(x=-0.10，0.00和0.05)样品在不同的倍率条件下的测试结果表明，Li2.95V1.05O4表现出最优异的倍率性能，当放电倍率增加到20C时，Li3VO4、Li2.9

5、5V1.05O4和Li3。10V0.9O4-1-1-1样品的充放电比容量分别约为60mAhg，420mAhg和260mAhg。Li3-xV1+xO4(-0.15≤x≤0.15)系列负极材料中最优掺杂量为x=0.05。实验结果表明，在Li3-xV1+xO4结构中Li位进行微量的V元素掺杂可以增强Li3-xV1+xO4的结构稳定性、改善颗粒分布以及提高电子电导率，进而改善该材料的电化学性能。此外，我们同样采用高温固相法还成功的制备了一系列Li3V1-xPxO4/C（x=0.00，0.025，0.050，0.075，0.10，0.125，0.150）样品作为锂离子电池负极材料。利用XRDI摘要及

6、Rietveld精修、SEM、充放电测试、电导率测试等方法仔细研究了在V位掺杂P对Li3V1-xPxO4/C系列材料的合成、结构及电化学性能的影响。XRD及Rietveld精修结果表明所有合成的Li3V1-xPxO4/C（x=0.00，0.025，0.050，0.075，0.10，0.125，0.150）系列化合物均为为单相，样品的元素分析结果表明，我们的合成样品最终产物中存在有非晶碳。随着P掺杂量的增加，Li3V1-xPxO4/C化合物的电子电导率单调地增加。对Li3V1-xPxO4/C（x=0.00，0.025，0.050，0.075，0.10，0.125，0.150）化合物的电化学测

7、试表明掺杂量x=0.125时化合物表现出最高的可逆充放电容量，但是具有较差的循环稳定性。掺杂量增至最大即x=0.15时化合物的可逆容量最低但是循环性能最高，达到第二次循环容量的113.48%。而对Li3V1-xPxO4/C化合物在不同的倍率条件下的测试结果表明，Li3V0.875P0.125O4/C化合物表现出最优异的倍率性能，在30C的大倍率放电条件下，掺杂量x=0.00，0.025，0.050，0.075，0.10，