LiV3O8作为锂离子电池正极材料的研究进展

在锂离子电池电极材料的研究中,比容量高、成本低的电极材料一直以来是人们研究的热点。对于正极材料来说,其实际的电化学性能如比容量、容量保持率和倍率性能等都与材料形貌结构密切相关。本文就钒酸锂的晶体结构、充放电机理及合成手段和改性方法综合国内外的一些研究进展作出介绍。

溶胶-凝胶法制备LiV3-y NbyO8的电化学性能

采用溶胶-凝胶法制备LiV 3-y Nb y O 8(y=0、0.03、0.06和0.09)正极材料。通过XRD、SEM和电化学性能测试,研究材料的结构、形貌和电化学性能。Nb掺杂不改变钒酸锂(LiV 3O 8)的单斜层状结构,但可增大晶胞体积,掺杂后仍为亚微米颗粒。当y=0.06时,电化学性能最好,在1.8~4.0 V循环具有良好的倍率性能,电流为0.1 A/g、5.0 A/g时的放电比容量分别为396.5 mAh/g、124.9 mAh/g。电化学性能改善的主要原因是:Nb掺杂提高了材料的Li+扩散系数,降低了电荷间的转移电阻。

非化学计量Ni掺杂的LiNixV3O8水系锂离子电池负极材料研究

采用溶胶-凝胶法制备出非化学计量镍(Ni)掺杂的钒酸镍锂(LiNixV3O8)材料,并组装成扣式钒酸镍锂/锰酸锂(LiNixV3O8/LiMn2O4)电池。对制成的材料进行X射线衍射(XRD)分析表明,在Ni掺杂量低于5%(摩尔百分数)条件下,材料主相为层状结构钒酸锂(LiV3O8);超过5%,材料会形成钒酸亚镍(NiV3O8)相。场发射扫描电子显微镜(FESEM)分析可知,材料为长度700~800nm,宽度400~500nm的薄片状颗粒。从循环伏安谱图中可见两对准可逆的氧化还原峰,分别对应电池充电和放电曲线上的两个充放电平台。适量的Ni掺杂可提高LiNixV3O8/LiMn2O4电池的比容量和循环性能,减缓循环过程的阻抗增长。在Ni掺杂量5%条件下电池性能最佳,其首次放电比容量为93.1mAh/g,50次循环后比容量仍保持70.2mAh/g。

锂离子电池纳米钒基正极材料的研究进展

锂离子电池因为其较高的能量密度、优良的循环性能及较强的荷电保持能力被广泛应用于便捷式电子器件中。同时作为混合动力汽车(HV)和电动汽车(EV)潜在的电源设备也被广泛地研究,但是,目前其电化学性能还不能完全满足高能量密度、大功率的要求。主要是因为商品化和即将进入开发性研究的正极材料大多是嵌锂过渡金属氧化物,这些正极材料存在致命的本征制约——较低的比容量。钒基正极材料,如V2O5、LiV3O8和Li3V2(PO4)3等,由于可以嵌入多个Li+离子,从而具有较高的理论比容量,但受材料微结构的影响,这类材料的实际比容量远低于理论值。材料微结构纳米化,可以形成独特形貌,获得高比表面积,缩短Li+离子的扩散距离,使这类材料的实际比容量接近理论值,从而有可能在能量的高效率储存中扮演十分重要的角色。本文作者重点综述钒基正极材料的主要晶体结构特点和相关纳米材料合成方法、结构表征及其对应电化学性能的研究进展。

LIV_3O_8的溶胶-凝胶法合成及500℃阴极放电性能

用柠檬酸溶胶－凝胶工艺制备出了ＬｉＶ３Ｏ８化合物，并检测了其作为热电池阴极材料时的放电性能。干凝胶２１０℃熔烧所得的粉末颗粒疏松多孔，３００℃时可变成结晶岩状，低温焙烧时出现了Ｌｉ0．3Ｖ2Ｏ５和ＬｉＶ２Ｏ５相经６５０℃长时间保温后可转交为 ＬｉＶ３Ｏ８。模拟 Ｌｉ－Ｂ／ＬｉＣｌ－ＫＣｌ／ＬｉＶ３Ｏ８（或 Ｖ２Ｏ５）热电池５００℃放电试验表明，ＬｉＶ３Ｏ８因具有良好的电子导电体和较低的Ｌｉ＋扩散极化，其放电较 Ｖ２Ｏ５平稳，虽峰值电压略有降低，但可利用的比容量（电压降至峰值电压的７５％或２．０Ｖ）均不低于Ｖ２Ｏ５；ＬｉＶ３Ｏ８中掺入８％的Ｐ２Ｏ５时可提高小电流放电时的电压。

锂离子电池正极材料LiV_3O_8的低温合成研究

以ＬｉＮＯ３和ＮＨ４ＶＯ３为原料,通过溶胶－凝胶法制备了层状锂钒氧化物ＬｉＶ３Ｏ８锂离子电池正极材料,通过ＴＧ－ＤＴＧ、ＸＲＤ等考察了合成条件对产物首次放电比容量的影响．实验结果表明,在４５０℃左右热分解２０ｈ可得到单一相产物ＬｉＶ３Ｏ８,其层状结构较为完整,电化学性能好,首次放电比容量可达３５０ｍＡｈ·ｇ－１,作为高能锂离子电池正极材料较为理想．

LiV_3O_8的合成及电化学性能

用LiOH、Li2 CO3 和V2 O5作原材料分别通过凝胶法和高温反应 ,合成了锂离子电池正极材料LiV3 O8。利用XRD、SEM对合成材料进行表征 ,通过恒流充放电和交流阻抗技术进行电化学性能研究。结果表明 :采用凝胶法合成的LiV3 O8具有较高的嵌锂容量和良好的循环可逆性 ,在 0 1C倍率和 1 8～ 3 6V的电压范围内具有 2 60mAh/ g的首次放电容量。

一种锂离子电池正极纳米材料LiV_3O_8的制备和性能

采用一种简单的低热固相合成方法,在不同烧结温度下制备了具有纳米结构的LiV3O8．并利用X射线衍射、热重／差热、透射电镜、充放电以及循环伏安等测试手段对其结构、形貌和性能做了研究．结果表明,不同的烧结温度影响到产物的结构、形貌和性能．300℃烧结6h的样品,在1．8-3．8V范围内,首次放电比容量达到342mAh/g．随着烧结温度的升高,样品在(100)方向的衍射峰明显增强,充放电容量也有所下降．

液相法制备的LiV_3O_8的电化学性能

采用液相法合成了LiV3O8电极材料。X射线衍射分析表明:产物(100)衍射峰强度与用高温固相方法得到的相比明显降低。将其作为水溶液电解质锂离子电池的负极材料,恒流充放电结果显示:在-1 5～-0 2V(vs SCE)电位范围内,产物的首次放电比容量可达96mAh/g。研究了导电剂乙炔黑的添加量对电极的首次放电比容量的影响,发现乙炔黑的添加量在10%左右最佳。

固相配位法制备低结晶度钒酸锂电极材料

以Li2CO3和V2O5为原料,采用固相配位化学反应法合成了层状锂钒氧化物LiV3O8。通过透射电子显微镜法(TEM)观察,所得产物具有较小的晶粒。充放电结果显示,电流密度为0.5mA/cm2,充放电区间为1.5～4.0V时,首次充放电比容量达到210mAh/g,高于同等条件下传统方法制备所得产物的首次放电量,具有很好的储存性能。

锂电池正极材料LiV_3O_8制备及电化学性能影响因素

采用溶胶-凝胶法制备锂离子电池正极材料LiV3O8,研究了LiOH溶液的浓度对LiV3O8的结构、粒径、电导率和电化学性能的影响。实验发现,LiV3O8衍射峰的强度、粒径与电导率可以通过改变LiOH溶液浓度来控制。测试了LiV3O8材料的结构、粒径分布和电化学性能。结果表明,随着LiOH溶液浓度的增加,样品的结晶度降低,晶粒的择优取向(100)晶面的衍射峰强度明显减弱;当LiOH溶液浓度为0.030 mol/L时,可以得到较为理想的粒径分布和较高的电导率为9.06×10-2s/cm;LiV3O8材料的容量及循环性能均与LiOH溶液浓度有关,选择0.030 mol/L的LiOH溶液时,样品的比容量最大为310 mA.h/g;循环15次后,容量衰减最少为4%。

锂电池纳米结构正极材料LiV_3O_8的制备及性能

采用水热合成法,在不同温度下制备了具有纳米结构的锂电池正极材料LiV3O8。并利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、恒流充放电、循环伏安以及电化学交流阻抗等测试手段对其结构、形貌和性能做了研究。结果表明,随水热温度的升高,粒子直径增大,形貌和尺寸的均一性有所降低,材料的电荷转移电阻减小,有利于Li+的嵌入与脱出,比容量也随之增加。180℃得到的产物在1.8～3.8 V的电位范围内,首次放电比容量达290 mA.h/g,30周充放电循环后仍有200 mA.h/g以上的容量,具有良好的电化学可逆性。材料存在一定的非晶缺陷,其粒子具有较宽范围的粒径分布,对材料的电化学性能有改善作用。

超声处理对水热合成LiV_3O_8电化学性能的影响

以NH4VO3和Li2CO3为原料,采用水热合成/低温焙烧方法制备了层状结构的锂离子蓄电池正极材料LiV3O8。研究发现,对合成粉末的超声处理具有细化颗粒和提高有效表面积的作用,特别是对300℃和350℃烧结试样的作用更明显。电化学性能测试表明,300℃烧结试样经超声处理后在0.1C倍率下首次放电比容量达到350mAh/g,放电平台、循环性能和阻抗也有了较为明显的改善。

LiV_3O_8电极在硫酸锂-水-乙醇电解质中的电化学性能研究(英文)

应用低温液相反应再经450℃中温锻烧制备LiV3O8活性物质,并用X射线衍射(XRD)分析和扫描电镜(SEM)表征了产物LiV3O8结构、形貌.电化学方法研究LiV3O8电极在硫酸锂-水-乙醇中性电解质溶液中的性能.恒流充放电结果表明,LiV3O8电极的比容量随电解质溶液中乙醇含量的增加而降低,若同时考虑电解质溶液的电导率和电极的稳定性,水/乙醇体积比4∶1最为合适.交流阻抗测试表明,溶液的欧姆电阻以及电极/电解质界面的电荷转移电阻随溶液中乙醇含量的增加而增大;随着充放电循环的进行,电极/电解质界面的电荷转移电阻增大,电极的活性降低.

LiV_3O_8的合成及其电化学性能研究

层状化合物LiV3O8具有优良的嵌锂性能,作为电池正极材料具有比容量高、循环寿命长、价格便宜等优点.LiV3O8制备方法对其充放电容量和循环寿命等电化学性能有显著影响.传统的高温固相[1～3]存在的缺点是反应时间长、能耗大,高温条件下锂盐和钒的化合物挥发程度不同,容易形成非计量比化合物.近年来,低温液相法逐渐受到人们的重视[4～6].文献[5]以NaVO3为原料,采用离子交换法制备出V2O5水凝胶,再与LiOH进行液相反应生成Li1.2V3O8.其中,对V2O5水凝胶的定量存在一定问题:由于制备出的V2O5干凝胶含有一定量的吸附水,只有将V2O5干凝胶加热至360℃,蒸发掉凝胶中的水分才能对V2O5凝胶定量,该方法操作繁琐.另外,离子交换法制备的V2O5干凝胶不可避免含有其他杂质离子(如Na+和Cl-等),也对V2O5凝胶的定量和产物LiV3O8的性能产生一定影响.因此,本文作者提出了一种简单快捷的制备方法:首先将化学纯的V2O5溶解于H2O2中,生成红色V2O5水凝胶,然后加入LiOH,50℃左右搅拌缓慢蒸干,得到深红色干凝胶,最后将此干凝胶在不同温度和时间下烧结.与离子交换法相比,该方法的优点是不会引入杂质离子,并且化学计量比易控制.

锂离子蓄电池正极材料LiV_3O_8的合成与性能

以LiOH、V2O5和NH4OH为反应物,采用一种比较简单的液相反应方法,结合蒸发、干燥和烧结等处理过程制备了LiV3O8。烧结温度影响到产物的结构和性能,在450℃温度下烧结的样品,晶粒较小且尺寸分布比较均匀,在1.8～4.0V范围内,首次放电比容量达到264mAh/g,循环15次后仍能达到257mAh/g;随着温度的升高,产物在(100)方向的衍射峰明显增强,充放电容量也随着下降。

锂离子电池正极材料LiV_(3-x)Co_xO_8合成及性质

水热法制备Co掺杂改性的锂离子电池层状正极材料LiV3-xCoxO8。经X射线衍射和扫描电镜分析表征材料的晶体结构和形貌,恒流充放电循环测试其电化学性能,结果表明:随着Co掺入量增加,材料初始放电容量有所降低,但循环性能得到明显改善,当掺杂量控制在0.01≤x≤0.08范围内时,LiV3-xCoxO8材料的循环性能和充放电可逆性均比未掺杂LiV3O8材料有明显改善。其中,LiV2.99Co0.01O8和LiV2.97Co0.03O8在40次循环之后,都能保持146 mAh.g-1的放电比容量。

氧化镍包覆LiV_3O_8的改性研究

采用原位化学沉淀法,以双氧水溶胶凝胶法合成的LiV3O8为基体,Ni(NO3)2.6H2O为原料,制备了NiO包覆的LiV3O8(NiO-LiV3O8)。通过X-射线衍射(XRD)研究了材料包覆前后的结构特征,通过扫描电子显微镜(SEM)分析了材料形貌的变化,并运用恒流充放电及电化学阻抗(EIS)等电化学测试方法对包覆前后的材料进行了电化学性能研究。结果表明,NiO包覆有效地提高了材料的电化学循环性能,并减小了材料的电荷转移电阻,NiO的最佳包覆量为5%(质量分数)。

LiV_3O_8正极材料的溶胶-凝胶法制备及性能

以LiOH.H2O和V2O5为原料,采用溶胶-凝胶法制备层状锂离子电池正极材料LiV3O8。经X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表征其结构形貌,充放电测试其电化学性能,比较研究柠檬酸、草酸、酒石酸和双氧水4种配体,及金属元素与配体的物质的量比和煅烧温度等对材料性能的影响。结果表明:溶胶-凝胶法可制得晶形较好的LiV3O8,当以酒石酸为配体,金属离子总量与酒石酸的物质的量比为1∶1.5,煅烧温度450℃时,制得LiV3O8的首次放电比容量可达282 mAh.g-1。

掺杂LiM_xV_(3-x)O_8正极材料的电化学性能

以柠檬酸为螯合剂,应用溶胶-凝胶法制备锂离子电池正极材料LiV3O8,并通过掺杂过渡金属离子M(Mn、Ti、Co和Ni)部分取代V,经烧结制得LiMxV3-xO8.X射线衍射、热重/差热、扫描电镜及充放电和循环伏安等表征样品的结构、形貌和检测电极电化学性能.结果表明,烧结温度对样品的结构、形貌和性能均有影响.500℃烧结6 h的LiV3O8,在1.8～3.8 V范围内,首次放电比容量达到300.4 mAh.g-1.掺杂x=0.1的Ti、Co可改善LiMxV3-xO8电极材料的循环性能和寿命.