新型锂离子电池正极材料LiVOPO4的制备与表征

锂离子二次电池的性能和成本在很大程度上取决于正极材料的电化学性能和成本。在过渡金属氧化物型正极材料中,钴酸锂材料成本较高;镍酸锂材料则存在安全性较差的问题;锰酸锂材料成本较低、安全性较好，但循环性能和高温性能较差。因此自从1997年Padhi等人发现了磷酸铁锂材料的储锂性能后．磷酸盐体系的正极材料就引起了人们的广泛关注。

锂离子电池正极材料LiVOPO4的制备及其长循环稳定性

本文采用溶胶凝胶法合成了β-LiVOPO4锂离子电池正极材料,研究了其结构和电化学性能。结果表明,在500℃较低温度下能够合成晶态纯相β-LiVOPO4,其结构为正交晶系,属于Pnma空间群。这种材料具有非常稳定的电化学充放电长循环性能。在10 mA/g充放电电流密度下循环300次,其放电比容量没有衰减,维持在150 mAh/g以上。即使在100 mA/g的电流密度下循环1000次,其比容量保持率仍旧高达100%。本文研究结果显示,LiVOPO4适合用作高能量长循环寿命锂离子电池正极材料。

一种新的流变相法制备锂离子电池纳米-LiVOPO_4正极材料(英文)

采用新型流变相法制备锂离子电池正极材料纳米-LiVOPO4.采用X射线衍射、扫描电子显微镜以及电化学测试等手段对LiVOPO4的微观结构、表面形貌和电化学性能进行了表征.结果表明,采用流变相法制备的LiVOPO4由粒径大约在10-60nm的小颗粒组成.首次放电容量,首次充电容量以及库仑效率分别为135.7mAh·g-1,145.8mAh·g-1和93.0%.0.1C(1C=160mA·g-1)放电时,60次循环后,放电容量保持在134.2mAh·g-1,为首次放电容量的98.9%,平均每次循环的容量损失仅为0.018%.而1.0C和2.0C放电时的放电容量达到0.1C放电容量的96.5%和91.6%.随着放电次数的增加,电荷转移阻抗增加,而锂离子在电极中的扩散系数达到10-11cm2·s-1数量级.实验结果显示采用流变相法制备的LiVOPO4是一种容量高、循环性能好、倍率性能好的锂离子电池正极材料.

锂离子在LiVOPO_4中的扩散系数的测定

采用简单的恒电流法测定了锂离子在Li VOPO4中的扩散系数.结果表明,充、放电过程中锂离子在Li VOPO4电极中的扩散系数分别为4.78×10-11和3.27×10-11cm2/s.

AlPO_4包覆对LiVOPO_4电化学性能的影响

以LiVOPO4、Al(NO3)3.9H2O、H3PO4为原料,采用溶胶-凝胶法制备了AlPO4包覆的LiVOPO4粉末(AlPO4包覆LiVOPO4)。采用热重与差热分析、X射线衍射分析、扫描电镜分析以及电化学测试等手段对AlPO4包覆LiVOPO4的微观结构、表面形貌和电化学性能进行了研究。结果表明,AlPO4以无定形态包覆于LiVOPO4颗粒表面形成AlPO4包覆LiVOPO4粉末。由于在LiVOPO4颗粒表面包覆了一层无定形的AlPO4后,阻止了电极与电解质溶液之间的副反应,降低了电化学阻抗,因此,与未包覆的LiVOPO4粉末相比,AlPO4包覆LiVOPO4具有更高的可逆容量、更稳定的循环性能和更好的倍率性能。

原位包覆法制备LiVOPO_4@C复合材料及其电化学性能

以LiVOPO4、硼酸三正丁酯为原料,采用原位包覆法制备了LiVOPO4@C复合材料。采用元素分析、比表面分析、X射线衍射分析、扫描电镜分析以及电化学测试等手段对复合材料的组成、微观结构、表面形貌和电化学性能进行了研究。结果表明,硼酸三正丁酯中少量硼元素的存在,起到了阻止LiVOPO4中V4+被生成的碳还原成V3+而形成Li3V2(PO4)3等物质的作用,保证了纯的LiVOPO4@C复合材料的形成。硼酸三正丁酯热分解后包覆在LiVOPO4颗粒表面,形成了一层多孔碳。多孔碳为锂离子在电极中的传输提供了更为便捷的通道,增加了电极颗粒之间的电接触,有效阻止了LiVOPO4颗粒的聚集,降低了电池极化,改善了LiVOPO4的电化学性能。壳层厚度为8 nm左右的LiVOPO4@C复合材料的电导率达到1.35×10-8S/m,0.2 C时首次放电容量达到146.0 mA.h/g,经50次循环后材料的容量保持率为98.8%,1.0 C倍率下的容量保持率达到96.25%。