论文摘要
新型二次电池-锂离子电池因其具有比能量高、工作电压高、负载能力大、工作温度范围宽、寿命长、安全无污染等优点而广泛用于移动电话、手提电脑、摄像机、照相机等电子设备,近年来,对锂离子电池的正极材料的研究越来越多。钒基嵌锂材料的电化学性能受合成工艺影响大,本文通过用溶胶-凝胶法,固相法,液相法,水热法,以及沉淀法等方法制备LiV3O8,来探索材料的最佳制备方法并进行条件筛选和工艺优化。为了提高正极材料Li1+xV3O8的电化学性能,选用水热法和溶胶凝胶法通过引入阳离子或阴离子来改善电化学性能的改性方法对材料进行离子掺杂改性。还用化学法对材料进行包覆改性。充放电循环实验电压范围为1.5-4V,放电循环倍率为0.2C。锂钒氧化物正极材料LiMVO4是近期发现的一种新型材料,因其阳离子混合度可达到100%,其放电电压可高达4.8V引起了人们极大的关注。本文通过液相法、溶胶凝胶法以及水热法合成正极材料LiMVO4,字母M可以代表Ni、Mn、Co、Cr等金属离子。另外,本文对该类物质进行离子掺杂改性,以期提高该类材料的电化学性能。充放电循环实验电压范围为0.005-3V,放电循环倍率为0.1C。根据制备材料的电化学测试对其循环特性、可逆容量、充放电效率等性能进行钒基嵌锂材料的表征与分析比较。材料经XRD、SEM分析表征其结构形貌。研究表明:用溶胶凝胶法和水热法制备的材料性能较好。XRD和SEM实验表明用这两方法可制得晶形较好的正极材料。采用水热法,分别掺杂了阳离子Mn,Zr,Al和Fe。其中LiMn0.06V2.94O8的首次放电比容量最高,其容量为312mAh·g-1,且材料的循环性能较良好。掺杂阴离子F,Br,Cl等离子。其中LiV3O7.85F0.15的首次放电比容量为324mAh·g-1。采用Sol-gel法,用溶胶凝胶法制备的掺杂Co,Zr和Fe离子的LiV3O8材料,制备的LiCo0.1V2.9O8材料首次放电比容量最高,为346mAh·g-1,循环性能较好,20个循环后容量保持在260mAh·g-1。经包覆三元材料LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2的LiV3O8锂离子电池正极材料的循环性能比纯相的LiV3O8锂离子电池正极材料的循环性能明显提高。以LiNiVO4为基体,采用溶胶凝胶法LiNi0.93Al0.07VO4首次放电比容量比容量为1300mAh·g-1。水热法制备材料LiMn0.1Ni0.9VO4首次放电比容量达到1290mAh·g-1。结果表明,改性实验对材料的循环性能和充放电容量都有所提高。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 锂离子电池工作原理1.2 锂离子电池的电性能1.3 锂离子电池正极材料1.3.1 各正极材料的优缺点1.3.1.1 锂钴氧化物1.3.1.2 锂镍氧化物1.3.1.3 锂锰氧化物1.3.1.4 锂铁氧化物1.3.1.5 锂钒氧化物1.4 钒基嵌锂材料的制备方法1.4.1 固相法1.4.2 水热法1.4.3 共沉淀法1.4.4 溶胶凝胶法1.4.5 液相法1.4.6 磁控溅射法1.4.7 流变相位法1.4.8 凝胶燃烧法1.4.9 微波法1.4.10 喷雾热解法1.5 钒基嵌锂电池正极材料的改性1.5.1 离子掺杂1.5.1.1 阳离子掺杂1.5.1.2 阴离子掺杂1.5.1.3 阴阳离子共掺杂1.5.2 包覆1.5.2.1 包覆无机氧化物1.5.2.2 包覆无机盐1.5.2.3 包覆单质1.5.3 共混改性1.6 本文目的第二章 实验试剂与仪器2.1 实验仪器2.2 实验试剂3O8的合成方法优化'>第三章 LiV3O8的合成方法优化3.1 实验部分3.1.1 样品制备3.1.1.1 固相法3.1.1.2 液相法3.1.1.3 沉淀法3.1.1.4 溶胶凝胶法3.1.1.5 水热法3.1.2 充放电循环性能研究3.1.3 样品形貌表征3.1.4 样品结构表征3.2 结果与讨论3.2.1 样品形貌分析3.2.1.1 固相法样品形貌分析3.2.1.2 液相法样品形貌分析3.2.1.3 沉淀法样品形貌分析3.2.1.4 溶胶凝胶法样品形貌分析3.2.1.5 水热法样品形貌分析3.2.2 样品结构分析3.2.3 电化学性能研究3.2.3.1 固相法压片压力对样品充放电性能的影响3.2.3.2 液相法原料选择对样品充放电性能的影响3.2.3.3 液相法pH 值对样品充放电性能的影响3.2.3.4 沉淀法制备材料充放电性能的影响3.2.3.5 溶胶凝胶法温度对样品充放电性能的影响3.2.3.6 溶胶凝胶法配体用量对样品充放电性能的影响3.2.3.7 溶胶凝胶法配体种类对样品充放电性能的影响3.2.3.8 水热法原料选择对样品充放电性能的影响3.2.3.9 水热法pH 值对样品充放电性能的影响3.2.3.10 比较各方法的电化学性能3.3 本章小结3O8改性研究'>第四章 LiV3O8改性研究3O8 材料掺杂离子改性研究'>4.1 水热法LiV3O8材料掺杂离子改性研究4.1.1 实验部分4.1.1.1 材料制备4.1.1.2 充放电循环测试4.1.2 结果与讨论xV3-xO8 材料'>4.1.2.1 水热法制备掺杂型LiMnxV3-xO8材料xV3-xO8 材料'>4.1.2.2 水热法制备掺杂型LiZrxV3-xO8材料xV3-xO8 材料'>4.1.2.3 水热法制备掺杂型LiFexV3-xO8材料xV3-xO8 材料'>4.1.2.4 水热法制备掺杂型LiAlxV3-xO8材料3O8-yFy 材料'>4.1.2.5 水热法制备掺杂型LiV3O8-yFy材料3O8-yBry 材料'>4.1.2.6 水热法制备掺杂型LiV3O8-yBry材料3O8-yCly 材料'>4.1.2.7 水热法制备掺杂型LiV3O8-yCly材料3O8 材料掺杂离子改性研究'>4.2 溶胶凝胶法LiV3O8材料掺杂离子改性研究4.2.1 实验部分4.2.1.1 材料制备4.2.1.2 充放电循环测试4.2.2 结果与讨论xV3-xO8 材料'>4.2.2.1 溶胶凝胶法制备掺杂型LiCoxV3-xO8材料xV3-xO8 材料'>4.2.2.2 溶胶凝胶法制备掺杂型LiZrxV3-xO8材料xV3-xO8 材料'>4.2.2.3 溶胶凝胶法制备掺杂型LiFexV3-xO8材料3O8 材料包覆改性研究'>4.3 LiV3O8材料包覆改性研究4.3.1 样品制备4.3.2 充放电测试4.3.3 结果与讨论4.4 本章小结4合成方法优化'>第五章 LiMVO4合成方法优化5.1 实验部分5.1.1 样品制备5.1.1.1 液相法5.1.1.2 溶胶凝胶法5.1.2 充放电循环性能研究5.2 结果与讨论5.2.1 样品形貌表征4 电化学性能研究'>5.2.2 液相法制备LiMVO4电化学性能研究4 电化学性能研究'>5.2.3 不同配体溶胶凝胶法制备LiMVO4电化学性能研究5.3 本章小结4掺杂改性研究'>第六章 LiMVO4掺杂改性研究6.1 实验部分6.1.1 样品制备6.1.1.1 液相法6.1.1.2 溶胶凝胶法6.1.1.3 水热法6.1.2 电化学性能测试研究6.2 结果与讨论1-xMnxVO4 电化学性能研究'>6.2.1 液相法制备LiCO1-xMnxVO4电化学性能研究6.2.2 溶胶凝胶法掺杂改性1-xAlxVO4 材料'>6.2.2.1 溶胶凝胶法制备掺杂型LiNi1-xAlxVO4材料1-xCrxVO4 材料'>6.2.2.2 溶胶凝胶法制备掺杂型LiNi1-xCrxVO4材料1-xMxVO4 材料'>6.2.3 水热法制备LiNi1-xMxVO4材料1-xMnxVO4 材料'>6.2.3.1 水热法制备掺杂型LiNi1-xMnxVO4材料1-xCrxVO4 材料'>6.2.3.2 水热法制备掺杂型LiNi1-xCrxVO4材料1-xAlxVO4 材料'>6.2.3.3 水热法制备掺杂型LiNi1-xAlxVO4材料6.3 本章小结第七章 结果与展望3O8 材料的研究'>7.1 对LiV3O8材料的研究4 材料的研究'>7.2 对LiMVO4材料的研究7.3 展望参考文献致谢附录
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