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锂离子电池正极材料Li_3V_2（PO_4）_3的合成及电化学性质研究

作　者: 李喆
导　师: 王春忠
学　校: 吉林大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 锂离子二次电池 正极材料 Li3V2（PO4）3 纳米材料 电化学性质
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


目前商业化锂离子电池大多用LiCoO2作为正极材料,但是由于钴的价格昂贵并且有较大毒性限制了它在商业领域中的应用。近些年来,人们在开发新型锂离子电池正极材料的过程中,发现了具有类NASICON结构的Li3V2（PO4）3正极材料,它有较好的电化学性能、热稳定性和较高的比容量,有望代替LiCoO2成为新一代锂离子电池正极材料。但是,在该材料结构中,由于过渡金属原子相隔较远,使得材料的电子导电率较低,限制了其高倍率充放电性能。为提高材料的电导率,我们采用了碳热还原方法合成了Li3V2（PO4）3样品并与H2还原方法的Li3V2（PO4）3样品进行比较,通过XRD、SEM、电导率测试、交流阻抗测试、恒电流充放电测试等手段对材料进行了研究。发现采用碳热还原法制备的材料表面存在一碳包覆层。碳包覆层能够抑制晶粒生长、使材料的电导率提高5个数量级,并有效抑制了钒元素向电解液中溶解,提高了材料的电化学性能。此外,为提高材料的电化学性能,我们还向Li3V2（PO4）3材料中添加导电金属铜,SEM显示金属铜粉添加后Li3V2（PO4）3粒子更为均一,同时添加的铜粉大大的降低了材料的电荷转移电阻,使得首次放电容量达到160.3 mAh/g,35次循环后容量保持率为86.7%,即使是在C/5倍率下仍有很好的循环稳定性。综合本论文研究,我们发现表面碳层包覆和金属铜粉添加两种手段可显著改善Li3V2（PO4）3的电化学性能。

全文目录


内容提要  4-8
第一章 绪论  8-27
  1.1 前言  8
  1.2 锂离子电池的构成、原理和特征  8-11
  1.3 锂离子电池正极材料的研究进展与发展动态  11-19
    1.3.1 Li-Co-O 系正极材料  12-13
    1.3.2 Li-Mn-O 系正极材料  13-15
    1.3.3 Li-Ni-O 系正极材料  15-16
    1.3.4 LiFePO_4  16-17
    1.3.5 LiMnPO_4  17-19
  1.4 Li_3V_2(PO_4)_3 正极材料  19-27
    1.4.1 Li_3V_2(PO_4)_3 正极材料的结构及特点  19-21
    1.4.2 单斜结构的Li_3V_2(PO_4)_3 的电化学性能  21-23
    1.4.3 Li_3V_2(PO_4)_3 的制备方法  23-25
    1.4.4 研究的目的意义及研究内容  25-27
第二章 材料表征和性能测试方法  27-31
  2.1 材料表征  27-29
    2.1.1 X 射线衍射分析（XRD）  27
    2.1.2 扫描电子显微镜（SEM）及（EDX）分析  27-28
    2.1.3 透射电镜  28
    2.1.4 红外（FTIR）光谱  28-29
    2.1.5 电导率测试  29
  2.2 电化学性能测试  29-31
    2.2.1 恒电流充/放电性能测试  29-30
    2.2.2 循环伏安（CV）测试  30
    2.2.3 交流阻抗测试  30-31
第三章 Li_3V_2(PO_4)_3材料的合成及电化学性质研究  31-48
  3.1 实验原材料  31
  3.2 Li_3V_2(PO_4)_3 样品的合成  31-32
    3.2.1 采用 H_2 还原方法合成Li_3V_2(PO_4)_3 样品  31-32
    3.2.2 采用碳热还原方法（CTR）合成Li_3V_2(PO_4)_3 样品  32
  3.3 电池的组装  32-33
  3.4 不同合成方法制备Li_3V_2(PO_4)_3 的结构与形貌  33-37
    3.4.1 Li_3V_2(PO_4)_3 的X 射线衍射谱分析  33-34
    3.4.2 Li_3V_2(PO_4)_3 的电导率  34-35
    3.4.3 Li_3V_2(PO_4)_3 的形貌分析  35-37
  3.5 不同合成方法制备Li_3V_2(PO_4)_3 的电化学性能研究  37-42
    3.5.1 Li_3V_2(PO_4)_3 材料的交流阻抗谱  37-38
    3.5.2 Li_3V_2(PO_4)_3 恒电流充/放电性能测试  38-39
    3.5.3 Li_3V_2(PO_4)_3 的循环稳定性的研究  39-41
    3.5.4 电解液中溶钒量的测定  41-42
  3.6 不同温度下Li_3V_2(PO_4)_3 材料的电化学性质  42-47
  3.7 本章小结  47-48
第四章 铜添加对Li_3V_2(PO_4)_3正极材料电化学性能影响的研究  48-55
  4.1 样品的合成  48
    4.1.1 未添加铜粉的Li_3V_2(PO_4)_3 样品（命名为LVP）  48
    4.1.2 添加铜粉的Li_3V_2(PO_4)_3 样品（命名为LVP-Cu）  48
  4.2 样品的结构与形貌分析  48-51
    4.2.1 Li_3V_2(PO_4)_3 的XRD 谱图  48-49
    4.2.2 形貌及成分分析  49-51
  4.3 电化学分析  51-54
    4.3.1 恒电流充/放电性能测试  51-52
    4.3.2 循环性能  52-53
    4.3.3 交流阻抗测试  53-54
  4.4 本章小结  54-55
第五章 结论  55-58
参考文献  58-64
中文摘要  64-67
Abstract  67-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
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