【摘要】：鋰離子電池新型正極材料LiVP04F具有高電壓、高比容量、熱穩(wěn)定性好,循環(huán)性能優(yōu)異、安全性能高等優(yōu)點,因而成為國內(nèi)外研究的熱點。但由于純相LiVP04F合成困難、電子電導(dǎo)率低、鋰離子擴散系數(shù)不高,這一系列問題制約了其工業(yè)化應(yīng)用。當(dāng)前LiVPO4F的改性研究主要集中在尋找新的合成方法、炭源包覆、摻雜金屬離子等。本論文采用Ti4+、Mn4+、Al3+等金屬離子摻雜LiVPO4F的V位,探討離子摻雜對材料的結(jié)構(gòu)、形貌以及電化學(xué)性能的影響;在此基礎(chǔ)上,首次采用一步水熱法制備了 A13+摻雜的LiVo.97Al0.03PO4F/C正極材料,并對其合成機理、成球原因進行了分析。主要研究內(nèi)容如下:(1)采用新型溶膠凝膠法制備Ti4+摻雜的LiVPO4F/C正極材料,研究發(fā)現(xiàn)摻雜量為3%的LVPF-T3樣品0.2 C時的放電比容量為134.1 mAh/g,在5 C時循環(huán)50次后的容量保持率為較高的96.40%,摻雜量為2%的樣品在0.5 C小倍率時得循環(huán)性能優(yōu)于LVPF-T2。(2)Mn4+摻雜研究表明,摻雜量為2%時材料的電化學(xué)性能最佳,在0.2 C時的放電比容量為131.2 mAh/g,在0.5C和5 C時的循環(huán)性能得到明顯提升。隨著摻雜量的增加,電荷轉(zhuǎn)移阻抗明顯降低。(3)采用AIF3進行摻雜形成的LiA1PO4F與LiVPO4F結(jié)構(gòu)相同,二者更容易形成固溶體,從而改善材料晶格內(nèi)部的電導(dǎo)率。摻雜并未改變LiVPO4F的三斜結(jié)構(gòu),而且F-還能抑制雜相Li3V2(P04)3的形成。摻雜量為3%時合成的LiV0.97Al0.03PO4F/C 在 0.2 C 時的放電比容量為最優(yōu)的 140.9 mAh/g;LVPF-A3 的鋰離子擴散系數(shù)明顯提高、材料循環(huán)性能優(yōu)異。在-10 ℃、55 ℃時,材料具有優(yōu)異的高低溫性能,充放電后極片的XRD圖譜表明材料仍具有完整的晶體結(jié)構(gòu)。(4)首次采用新型的一步水熱法合成LiV0.97Al0.03PO4F/C正極材料。當(dāng)加入4 mL氨水、pH為6.41時,所合成的樣品顆粒尺寸均勻、呈球形形貌,其0.1 C時的放電比容量為91.0mAh/g。當(dāng)Li摩爾比為1.4時,材料中形成了大量的球形顆粒,此材料的電化學(xué)性能最優(yōu),在0.1 C、5 C時放電比容量分別為135.1 mAh/g、104.7 mAh/g。
【圖文】：

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本文編號：2686362