论文摘要
锂电池具有工作电压高、体积小、无记忆效应、污染小、自放电小、循环寿命长等优点,能够广泛应用于手机、笔记本电脑、PDA、数码相机和携带式电动工具等领域。锂电池的构成主要包括电极材料、电解液、电极基材、隔离膜等,其中,电极材料是锂电池中最为关键的原材料,直接决定了电池的安全性能和电池能否大型化。近年来,锂电池的电极材料不断产业化升级,科研水平和进展取得了令人瞩目的进展。本论文的内容包括1.以NH4VO3、LiOH-H2O和柠檬酸为原料,采用固相法分别在三个不同的温度下合成了具有较高结晶度的LiV3O8o对其结构的表征证明：不同温度下合成的材料,其晶格结构中的化学键有一些差别。随着合成温度的升高,晶格中的V=O和V-O-V键的伸缩振动逐步减弱,弯曲振动逐步增强。对材料的电化学性能的研究表明：在600℃、640℃和680℃下制备的LiV3O8分别在2.8～2.6V、2.5～2.4V和2.3～2.1V范围内有充放电平台,其充电比容量分别可以达到273、237和241mAh/g,放电比容量则分别高达247、235和208mAh/g。通过这些对比研究,我们发现合成温度越高,材料的结晶度越高,但是比容量的衰减越快。因此,就电极材料的循环稳定性而言,低温下合成的LiV3O8优于在高温下合成的LiV3O8o2.采用溶胶凝胶法分别在三个不同的温度下合成了LiV3O8和V2O5纳米棒,通过扫描电镜对它们的形貌进行了表征,并对其电化学性能进行了对比研究。扫描电镜表征发现：通过这种方法合成的LiV3O8和V2O5均为近乎纳米棒的结构,LiV3O8纳米棒的表面较为光滑,V2O5纳米棒的表面则较为粗糙。通过对不同温度下合成的LiV3O8和V2O5纳米棒的电化学性能对比实验,我们发现：随着合成温度的升高,两种化合物的比容量均逐渐下降,其中LiV3O8的充放电比容量下降较快。对于相同温度下合成的LiV3O8和V2O5纳米棒的电化学性能对比实验,我们发现：LiV3O8的循环稳定性普遍强于V2O5。分析结果认为,这是它们的晶体结构不同所致。3.以V2O5和CH3COOLi-2H2O为原料,采用过氧化氢溶胶凝胶法合成了一种新型的锂电池电极材料-Li3V6O16晶体,采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和电子衍射（SAED）、X光电子能谱（XPS）等手段对材料进行了表征。结果表明,所合成的晶体结晶度较高,颗粒旱片状或者棒状结构。对这种材料的电化学测试结果表明,在17、85、170、425、850和1700mA/g的电流密度下得到的放电比容量分别为337、224、174、123、73和42mAh/g。在低电流密度作用下,放电曲线有3～4个电压平台。随着电流密度的增大,电压平台越来越不明显。纯Li3V6O16放电比容量高,但在低电流密度下的循环稳定性还有待提高。随着电流密度的增大,循环稳定性逐步增强。这种材料在高倍率充放电时的循环稳定性证明其作为锂电池正极材料的可能性。4.以V2O5、CH3COOLi·2H2O和双氧水为原料,采用溶胶凝胶法合成了一种新型的晶体Li6V10O26。对其凝胶前躯体进行了热重分析,对其产物进行了XRD、SEM、XPS和电化学测试。热重分析结果表明：在400℃左右,Li6V10O26晶体就生成了。在17mA/g、170mA/g、425mA/g和850mA/g的电流密度下进行充放电测试,对应的首次完整循环的放电比容量分别为226mAh/g、135mAh/g、106mAh/g和80mAh/g。在首次放电和首次充电的曲线上各出现了三个电压平台,这表明该材料在低倍率充放电过程具有良好的可逆性。该材料在高倍率电流作用下,具有良好的循环稳定性。5.采用溶胶凝胶法合成的LiCuVO4锂离子电池电极材料为反尖晶石型晶体,具有隧道结构的形貌,其颗粒粒径范围为0.2-6微米。溶胶凝胶过程使其颗粒分布均匀,同时也提高了LiCuVO4的比表面积。对该材料进行了TG、XRD、SEM、XPS分析和电化学性能测试。将该LiCuVO4材料与金属锂作为电极活性材料组装成模拟锂离子电池,并使用20mA g-1的电流密度在2.0-4.2V电压范围对其进行了充放电实验。充放电实验显示,材料的首次充电比容量为193mAh/g,循环26次后的放电比容量还能保持在170mAh/g的水平。LiCuVO4作为锂离子电池的电极材料储存能量的过程由不可逆的锂离子嵌入过程（LiCuVO4+xLi++xe-→Li1+xCuVO4）和可逆的锂—铜置换过程（LiCuVO4+2Li++2e-<-> Li3VO4+Cu）组成。6.以V2O5、CH3COOLi·2H2O、H2O2（30%）和正硅酸乙酯为原料,采用溶胶凝胶法合成了包碳的LiVSi2O6。经过对所合成的产物进行XRD、SEM和XPS研究,发现产物基本是无定形状态的LiVSi2O6。通过电化学测试发现,该化合物的比容量很低,不适合用作锂离子电池正极材料。