论文摘要
本文首先分析了锂离子电池正极材料的研究现状,然后介绍了微波碳热还原法和高温碳热还原法合成磷酸钒锂正极材料的步骤以及实验扣式电池的装配过程,然后介绍了锂离子电池正极材料性能评价的常用方法,包括X射线衍射、扫描电子显微镜、恒流充放电、循环伏安法等。研究了微波加热时间对合成的磷酸钒锂的影响,结果表明：当微波炉的功率设置为800W时,微波加热6 min合成的磷酸钒锂具有最好的综合性能。XRD测试结果表明合成的Li3V2（PO4）3/C为纯相的单斜结构的晶体,多余的碳均匀地分散在材料中以无定型形式存在,不影响材料的晶体结构。SEM测试结果表明材料颗粒的尺寸小于100nm,形状规则,粒径均匀。充放电电压范围为3.0-4.3V,放电倍率为0.2C时,首次放电比容量为118.3mAh/g。材料在4.1V、3.7V和3.65V有三个充电电压平台,在4.05V、3.65V和3.6V有三个放电电压平台,与循环伏安测试得到的三对氧化还原峰相对应。0.2C循环40次后,放电比容量为109.0 mAh/g,为首次放电比容量的91.9%。放电倍率增大到2C时,样品的放电比容量为85.4 mAh/g,是0.2 C时放电比容量的72.2%。表明合成的材料具有较高的比容量,良好的循环性能和倍率性能。这取决于两个方面的原因：1.纳米尺寸的材料微粒允许锂离子快速、无障碍的嵌入和脱出,有利于提高材料的循环可逆性和大电流充放电能力；2.材料合成过程中过量的C均匀分散在材料晶体的内部,可以提高材料的电子电导率,从而减小充放电时的过充过放现象,也可以提高材料的倍率和循环性能。分别合成了掺杂碳的磷酸钒锂和纯的磷酸钒锂,并比较了其性能。结果表明,除了首次放电比容量略低以外,掺杂碳的磷酸钒锂的循环性能和倍率性能都要优于纯的磷酸钒锂。这是因为碳的掺入必然导致活性物质的减少,因此比容量有所下降；但掺入的碳一方面可以起到电子导电剂的作用,另一方面也可以阻止晶粒的长大,而细小的晶粒也有利于提高材料的倍率性能和循环性能。分别通过微波碳热还原法和高温碳热还原法合成了Li3V2（PO4）3/C材料,并比较了其电化学性能。结果表明：无论是首次放电比容量还是倍率性能、循环性能,微波法合成的材料都要优于高温碳热还原法。这应归功于微波法合成的材料的纳米级的材料颗粒使其锂离子的嵌入和脱出更加容易。然而微波法合成的材料首次充放电的库伦效率比高温碳热还原法合成的材料略低,作者认为原因在于纳米材料较多的比表面在脱出锂离子后结构发生变化,不再适合重新容纳锂离子。