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具有NASICON结构的Li3V2(PO4)3具有工作电位高、理论比容量较高和循环稳定性好等优点,被认为是具有巨大发展潜力锂离子电池正极材料之一。但由于本身晶体结构的限制,Li3V2(PO4)3的电导性和离子扩散性能差,从而限制了其的发展。因此需对Li3V2(PO4)3材料进行改性研究从而提高其电子传导性和离子传导性。本文利用球磨技术制备前驱体,采用高温碳热还原法制备多孔状Li3V2(PO4)3/C,考察了不同煅烧温度、煅烧时间、草酸加入量对材料性能的影响并进行了电极动力学研究,其主要内容如下:
分别以有机化合物淀粉、酚醛树脂、葡萄糖为碳源,采用高温碳热还原法合成出块状Li3V2(PO4)3/C样品。研究结果表明:以淀粉为碳源Li3V2(PO4)3/C的正极材料具有最佳的电化学性能,在0.1C下的首次放电比容量达109.5mAhg-1,循环30次后放电比容量100.5mAhg-1,容量保持率为91.8％。说明淀粉为较为理想的碳源。
采用高温碳热还原法以淀粉为碳源加以草酸辅助,成功的制备出多孔状Li3V2(PO4)3/C复合材料,并研究了煅烧温度、时间和草酸加入量对材料性能的影响。研究结果表明:当nV2O5:nH2C2O4为1:6时,在800℃下煅烧10h合成的材料具有最优的物理和电化学性能。材料为纯相具有P21/n空间群的单斜晶系结构的晶体,具有规整的多孔形貌,同时表现循环性及倍率性能:0.1C初始充放电比容量为130.0 mAhg-1,经20次循环后,放电比容量仍然保留124.9mAhg-1为初始放电比容量的96.1％,2C下循环50次材料仍有91.5mAhg-1的放电比容量,容量损失率仅为7％。
采用循环伏安法和交流阻抗测试(EIS)初步研究了多孔状Li3V2(PO4)3/C电极过程动力学。循环伏安法研究了多孔Li3V2(PO4)3/C电极的锂离子扩散系数,其固相扩散系数为1.004×10-9cm2s-1～1.540x10-8 cm2 s-1.液相扩散系数为1.022×10cm2 s-1～2.709×10-7cm2s-1,交流阻抗测试并计算得到锂离子扩散系数为2.978×10-11～1.885×10-8cm2s-1。结果表明该电极具有良好的锂离子脱嵌能力。