本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池釩氧化合物與磷酸釩鋰復(fù)合正極的制備及電化學(xué)性能研究

  更多相關(guān)文章： 鋰離子電池 鋰釩氧化合物 磷酸釩鋰 正極材料 復(fù)合改性

【摘要】：隨著當(dāng)今社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,資源和能源日漸短缺,綠色能源已成為人類社會可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略選擇。高能鋰離子電池作為一種新型儲能器件,因其優(yōu)異的能量密度、工作電壓和良好的循環(huán)壽命而成為各國競相研究的熱點。正極材料是鋰離子電池的核心部件,也是決定其性能的關(guān)鍵因素。設(shè)計制備高性能的鋰電正極材料對發(fā)展新一代兼具高能量密度和高功率密度的鋰離子電池具有決定性作用。在眾多的正極材料中,單斜晶體結(jié)構(gòu)的Li3V2(PO4)3具有循環(huán)性能優(yōu)異,倍率性能好,制備工藝簡單等優(yōu)點,但較低的放電比容量(133mAhg-1,3-4.3 V/197mAhg-1,3-4.8V)制了其實際應(yīng)用。與此同時,鋰釩氧化合物(LiVO2, LiVO3,LiV2O5,LiV3O8等)具有比容量高、成本低廉等優(yōu)點,但在循環(huán)過程中其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差,容量衰減較快,無法滿足應(yīng)用需求。為獲得兼具高比容量和高循環(huán)壽命的優(yōu)異正極材料,本文首次嘗試將鋰釩氧化合物與Li3V2(PO4)3進行有機復(fù)合(本文著重研究LiV3O8+Li3V2(PO4)3),利用其協(xié)同效應(yīng)相互改性,取長補短,設(shè)計制備高性能的鋰釩氧化合物+Li3V2(PO4)3鋰離子電池復(fù)合正極材料,主要研究內(nèi)容如下：(1)采用溶膠凝膠輔助溶劑熱的方法設(shè)計制備了新型0.6Li3V2(PO4)30.4Li-V-O復(fù)合正極材料。研究發(fā)現(xiàn)該復(fù)合材料由Li3V2(PO4)3和Li-V-O(LiV2O5,VO2)組成,其微觀形貌為納米片和分散在納米片上的不規(guī)則顆粒。電化學(xué)測試表明該復(fù)合材料具有明顯強化的容量和循環(huán)性能。2.0-4.3 V電壓范圍內(nèi)的首次放電容量為149.2mAhg-1,高于未改性的Li3V2(PO4)3,同時該復(fù)合材料具有良好的倍率性能和更快的鋰離子擴散系數(shù)(10-9.5-10-7.5cm2 s-1)。(2)發(fā)展了溶膠凝膠、水熱和乙醇燃燒組合法,設(shè)計制備了2Li3V2(PO4)3·LiV3O8復(fù)合正極材料。相比于單一的Li3V2(PO4)3和LiV3O8,該復(fù)合正極材料表現(xiàn)出更為優(yōu)異的綜合電化學(xué)性能。在2.0-4.3V內(nèi),2Li3V2(PO4)3·LiV3O8的首次放電容量為162.8mAhg-1。同時其具有良好的倍率循環(huán)性能,經(jīng)過100次循環(huán)后,容量保持率高達(dá)92.6%。研究表明其特殊的微觀結(jié)構(gòu)(納米片和納米棒)可有效促進電荷轉(zhuǎn)移速率并增大Li+擴散路徑和電解液接觸面積,從而改善了材料的循環(huán)性能。(3)采用機械混合法實現(xiàn)具有不同組分配比的Li3V2(PO4)3/rGO和LiV3O8復(fù)合正極材料。按照不同比例混合,制備出一系列復(fù)合材料xLiV3O8·yLi3V2(PO4)3/rGO (x:y= 2:1,3:1,1:1,1:2,1:3).系統(tǒng)研究對比了不同比例復(fù)合材料的電化學(xué)性能。結(jié)果表明當(dāng)x：y=2：1時,該2LVO·LVP/rGO擁有最優(yōu)的電化學(xué)性能,主要歸因于該配比具有更好的離電子傳輸通道和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。GITT測試計算得到其鋰離子擴散系數(shù)(DLi+)范圍為10-11.5-10-9.5cm2s-1,高于單相LVP/rGO和LVO的鋰離子擴散系數(shù)。該復(fù)合材料在2.0-4.3 V電壓范圍內(nèi)的首次放電比容量高達(dá)197.0 mAh g-1,并且顯示出良好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 鋰釩氧化合物 磷酸釩鋰 正極材料 復(fù)合改性
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-32
• 1.1 引言12-13
• 1.2 鋰離子電池概述13-21
• 1.2.1 鋰離子電池發(fā)展簡介13-14
• 1.2.2 鋰離子電池的工作原理14-15
• 1.2.3 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)組成15-21
• 1.3 鋰離子電池正極材料Li_3V_2(PO_4)_3的研究概況21-25
• 1.3.1 Li_3V_2(PO_4)_3的基本結(jié)構(gòu)和特性21-22
• 1.3.2 Li_3V_2(PO_4)_3的合成方法和電化學(xué)性能22-23
• 1.3.3 Li_3V_2(PO_4)_3的改性研究23-25
• 1.4 鋰離子電池正極材料LiV_3O_8的研究概況25-29
• 1.4.1 LiV_3O_8的基本結(jié)構(gòu)和特性25-26
• 1.4.2 LiV_3O_8的合成方法和電化學(xué)性能26-27
• 1.4.3 LiV_3O_8的改性研究27-29
• 1.5 復(fù)合正極材料的研究與探索29-30
• 1.5.1 復(fù)合正極材料的研究進展29
• 1.5.2 復(fù)合正極材料的制備方法和電化學(xué)性能29-30
• 1.6 本論文的選題依據(jù)和研究內(nèi)容30-32
• 第二章 實驗方法和設(shè)備32-36
• 2.1 實驗試劑與儀器設(shè)備32-33
• 2.1.1 實驗試劑32-33
• 2.1.2 儀器和設(shè)備33
• 2.2 材料表征33-34
• 2.2.1 熱重分析33
• 2.2.2 X射線衍射分析33
• 2.2.3 掃描電子顯微分析33-34
• 2.2.4 透射電子顯微分析34
• 2.2.5 X射線光電子能譜分析34
• 2.2.6 元素分析34
• 2.3 材料的電化學(xué)性能測試34-36
• 2.3.1 CR2025扣式電池組裝34-35
• 2.3.2 電池充放電測試35
• 2.3.3 循環(huán)伏安測試(CV)35
• 2.3.4 交流阻抗測試(EIS)35
• 2.3.5 恒電流間歇滴定測試(GITT)35-36
• 第三章 0.6Li_3V_2(PO_4)_3·0.4Li-V-O復(fù)合正極的制備及其電化學(xué)性能的研究36-52
• 3.1 引言36
• 3.2 復(fù)合正極0.6Li_3V_2(PO_4)_3·0.4Li-V-O的制備方法36-37
• 3.3 復(fù)合材料0.6Li_3V_2(PO_4)_3·0.4Li-V-O的熱重分析37
• 3.4 復(fù)合正極材料的結(jié)構(gòu)與形貌分析37-43
• 3.5 復(fù)合材料0.6Li_3V_2(PO_4)_3·0.4Li-V-O的電化學(xué)性能43-50
• 3.6 本章小結(jié)50-52
• 第四章 2Li_3V_2(PO_4)_3·LiV_3O_8復(fù)合正極材料的制備52-68
• 4.1 引言52
• 4.2 復(fù)合正極材料的制備方法52-53
• 4.2.1 珊瑚狀Li_3V_2(PO_4)_3的制備52-53
• 4.2.2 陣列棒狀LiV_3O_8的制備53
• 4.2.3 復(fù)合材料2Li_3V_2(PO_4)_3·LiV_3O_8的制備53
• 4.3 復(fù)合材料2Li_3V_2(PO_4)_3·LiV_3O_8的熱重分析53-54
• 4.4 單相材料與復(fù)相材料的結(jié)構(gòu)與形貌分析54-59
• 4.5 復(fù)合材料2Li_3V_2(PO_4)_3·LiV_3O_8的電化學(xué)性能59-67
• 4.6 本章小結(jié)67-68
• 第五章 xLiV_3O_8·yLi_3V_2(PO_4)_3/rGO復(fù)合正極材料的制備與性能研究68-88
• 5.1 引言68
• 5.2 復(fù)合正極材料xLiV_3O_8·yLi_3V_2(PO_4)_3/rGO的制備方法68-69
• 5.3 釩酸鋰LiV_3O_8與磷酸釩鋰Li_3V_2(PO_4)_3/rGO的結(jié)構(gòu)與形貌分析69-74
• 5.4 復(fù)合正極材料xLiV_3O_8·yLi_3V_2(PO_4)_3/rGO的電化學(xué)性能74-85
• 5.5 本章小結(jié)85-88
• 第六章 結(jié)論與展望88-90
• 6.1 結(jié)論88-89
• 6.2 本論文創(chuàng)新之處89
• 6.3 展望89-90
• 參考文獻(xiàn)90-100
• 致謝100-102
• 個人簡歷102-104
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與專利104

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 趙健,楊維芝,趙佳明;鋰離子電池的應(yīng)用開發(fā)[J];電池工業(yè);2000年01期

2 ;如何正確使用鋰離子電池[J];電子科技;2000年09期

3 ;我國第一條現(xiàn)代化鋰離子電池生產(chǎn)線在濰坊建成投產(chǎn)[J];電池工業(yè);2001年01期

4 陳洪超;李相東;;鋰離子電池原理、研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景[J];軍事通信技術(shù);2001年01期

5 ;新型鋰離子電池[J];炭素技術(shù);2002年03期

6 朱曉軍;;全球最薄鋰離子電池[J];家庭電子;2002年03期

7 啟明;高容量鋰離子電池負(fù)極[J];金屬功能材料;2003年01期

8 楊捷;鋰離子電池的特點與使用[J];現(xiàn)代電視技術(shù);2003年05期

9 周園 ,韓金鐸;鋰離子電池:機遇與挑戰(zhàn)共存——參加“鋰離子電池與電動車”研討會有感[J];鹽湖研究;2003年02期

10 石保慶;鋰離子電池的必測項目——電池平臺[J];中國無線電管理;2003年01期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 許名飛;郭永興;李新海;吳顯明;;鋰離子電池氣脹問題探析[A];第十二屆中國固態(tài)離子學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2004年

2 王宏偉;鄧爽;肖海清;王超;楊宗輝;施亞申;;鋰離子電池誤使用的安全檢測與分析[A];2011年全國失效分析學(xué)術(shù)會議論文集[C];2011年

3 劉勇;盤毅;謝凱;蘆偉;;鋰離子電池的存儲性能研究[A];第30屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2013年

4 張俊乾;;鋰離子電池中的擴散應(yīng)力和破壞[A];中國力學(xué)大會——2013論文摘要集[C];2013年

5 康慨;戴受惠;萬玉華;王樹安;;我國鋰離子電池的研究與發(fā)展[A];新世紀(jì) 新機遇 新挑戰(zhàn)——知識創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（上冊）[C];2001年

6 張千玉;馬曉華;;二甲苯用作鋰離子電池過充保護添加劑的研究[A];第二十八屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

7 張千玉;馬曉華;;新型鋰離子電池過充保護添加劑的研究[A];第二十八屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

8 朱靜;于申軍;陳志奎;何顯能;周永超;李賀;;水分對鋰離子電池性能的影響研究[A];第二十八屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

9 崔少華;楊曉民;;圓型鋰離子電池滲液不良分析[A];自主創(chuàng)新與持續(xù)增長第十一屆中國科協(xié)年會論文集（2）[C];2009年

10 李琳琳;王斌;吳宇平;T.van Ree;;甲基苯基二-(甲氧二乙基)硅烷用作鋰離子電池功能性添加劑的研究[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（第7分冊）[C];2010年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李壯;新國標(biāo)9月實施鋰電池門檻加高[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報;2005年

2 劉碧瑪;動力鋰離子電池要抓住發(fā)展機遇[N];科技日報;2007年

3 記者　陳穎;深圳鋰電產(chǎn)量已占全國六成[N];深圳特區(qū)報;2006年

4 實習(xí)記者 徐恒邋記者 諸玲珍;鋰離子電池安全受關(guān)注 新材料研究是熱點[N];中國電子報;2008年

5 徐恒 諸玲珍;鋰離子電池安全備受關(guān)注[N];中國有色金屬報;2008年

6 李燕京;鋰離子電池國標(biāo)年內(nèi)將出臺[N];中國消費者報;2008年

7 本報記者 馮健;動力鋰離子電池：安全性制約應(yīng)用[N];中國電子報;2009年

8 新材料在線首席研究員 李國強;鋰離子電池產(chǎn)業(yè):中日韓三分天下[N];中國電子報;2004年

9 金信;全國最大的鋰離子電池生產(chǎn)基地在津建成[N];中國機電日報;2002年

10 黃新培;業(yè)內(nèi)專家對生產(chǎn)企業(yè)提出三點建議[N];中國機電日報;2002年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉金龍;鋰離子電池高性能富鋰錳基正極材料的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

2 劉玉榮;錳基混合型金屬氧化物孿生微納結(jié)構(gòu)的制備、形成機理與儲鋰性能[D];山東大學(xué);2015年

3 易金;鋰離子電池釩基負(fù)極材料的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

4 張千玉;綠色能源材料鈦酸鋰的改性及其回收再利用的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

5 袁慶豐;鋰離子電池硅基復(fù)合負(fù)極材料和電池安全性的研究[D];華南理工大學(xué);2015年

6 明海;高容量或高倍率鋰離子電池材料的合成與相應(yīng)全電池的組裝研究[D];蘇州大學(xué);2015年

7 楊智博;高性能鋰離子電池硅/鍺電極的設(shè)計與制備[D];蘭州大學(xué);2015年

8 董漢成;衛(wèi)星電源電池健康狀態(tài)診斷方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

9 張濤;廢棄鋰離子電池破碎及富鈷產(chǎn)物浮選的基礎(chǔ)研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2015年

10 張立強;鋰離子電池多物理模型參數(shù)辨識及健康特征提取[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張濤;失效鋰離子電池破碎特性研究[D];華東交通大學(xué);2011年

2 馬宇宏;鋰離子電池?zé)岚踩匝芯縖D];電子科技大學(xué);2013年

3 王會軍;過渡金屬氧化物和過渡金屬硫化物作為鋰離子電池負(fù)極材料的研究[D];西南大學(xué);2015年

4 任婉;鋰離子電池鎳—錳二元正極材料的研究[D];華南理工大學(xué);2015年

5 李娟;鋰離子電池負(fù)極材料Li_4Ti_5O_(12)的制備與研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2012年

6 玄哲文;微納結(jié)構(gòu)MnO_2及CuO的制備及作為鋰離子電池負(fù)極的性能研究[D];云南民族大學(xué);2015年

7 邢程程;原位生長FeS納米結(jié)構(gòu)薄膜及其在鋰離子電池中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2015年

8 白鋼印;鋰離子電池高電壓正極材料鎳猛酸鋰的合成與改性研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

9 宋贏;鋰離子電池二氧化鈦負(fù)極材料摻雜改性及電化學(xué)行為研究[D];遼寧大學(xué);2015年

10 安平;聚酰亞胺鋰離子電池隔膜的制備及其性能研究[D];陜西科技大學(xué);2015年

，

本文編號：1132150