《钒系正极材料报告》PPT课件

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1、锂离子蓄电池新型材料（钒系正极材料）ZhangHailinZZULI2006/10/26一、正极材料发展锂离子蓄电池具有电压高、比能量大、循环寿命长、放电性能稳定和工作温度范围宽等优点，因此受到了广大研发人员的极大关注，尤其是在电池正、负极材料的研究和应用方面。锂离子电池的正负极为能够可逆嵌-脱锂的化合物材料，其中正极材料一般选用氧化还原电势较高且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物，主要有层状结构的LiMO2和尖晶石结构的LiM2O4化合物（M=Co、Ni、Mn、V等过渡金属元素）。目前除了通过制备方法的改进、掺杂等手段对现有

2、正极材料改性以提高其电化学性能外，人们还在积极开发性价比更好的新型正极材料。二、钒系正极材料的优势目前，锂钒化合物系列已引起了人们的关注。钒为典型的多价（V2+、V3+、V4+、V5+）过渡金属元素，有着非常活泼的化学性质，钒氧化物既能形成层状嵌锂化合物VO2、V2O5、V3O7、V4O9、V6O13、LiVO2及LiV3O8，又能形成尖晶石型LiV2O4及反尖晶石型的LiNiVO4等嵌锂化合物。与已经商品化的钴酸锂材料相比，上述钒锂系系材料具有更高的比容量，且具有无毒，价廉等优点，因此成为了新一代绿色、高能锂离子蓄电池的备

3、选正极材料。本文参阅相关文献，并结合本课题组研究成果，对目前国内外嵌锂化合物Li1+xV3O8的制备方法、形貌结构及电化学性能等方面的研究现状进行了评述。三、LiV3O8的合成方法从目前文献看，合成制备Li1+xV3O8的方法主要包括两种：1.高温固相合成法2.低温液相合成法。制备出纯净的结构完整的嵌锂活性材料是保证合成材料具有优良电化学性能的首要前提。不同的制备方法合成制备得到不同形貌的LiV3O8化合物，并进一步对活性材料的放电比容量、循环效率、可逆性等电化学性能指标产生显著影响。1.高温固相合成高温固相反应法是将两种或

4、者两种以上的固体反应物机械混合，经高温处理使得反应物在熔融状态下反应从而得到目标产物的材料制备方法。Pistoia等采用高温固相合成法合成了LiV3O8：即以Li2CO3和V2O5为反应原料，混合后，在680℃烧结一段时间（在这种条件下，反应物质呈熔融状态），然后降温至室温得到目标产物的方法。该方法合成的正极材料以3mA/cm2大小的放电电流可达到285mAh/g的初始放电比容量。充放电循环300多次后，容量降为120～130mAh/g。高温固相反应方法具有操作简便，工艺简单，易应用于工业化等优点。但是采用该合成方法，能耗巨

5、大，另外由于锂和V2O5的挥发,导致很难准确控制反应物的量；产品的均一性也差。该方法制备的材料颗粒度较大，粒度和成分的不均匀等负面影响了它的充放电容量和循环性能，制备材料需经较为复杂的后处理后才能用做电池材料。为了提高LiV3O8的电化学性能,人们提出了许多改进方法，包括:1.高效研磨2.溶胶-凝胶法3.超声波处理4.快速冷却5.用Na等取代Li、在LiV3O8层状结构间嵌入无机物分子（如NH3、H2O和CO2）等。其中在层间嵌入无机小分子或者用Na、K取代Li可引起层与层之间的膨胀,易于提高锂离子的迁移和锂离子在层间的分散

6、，从而提高了LiV3O8的电化学性能。AishuiYu等以快速冷却法制得Li1+xV3O8材料：即以Li2CO3和V2O5为反应原料（Li:V=1:3），将它们均匀混合后，在650℃温度下烧结10小时，在这种条件下，反应物质呈熔融状态，烧结完成后，将高温熔融体迅速倒入水中冷却，冷却至室温后，以不同加热温度进行后续热处理得到最终产物LiV3O8。图1为用这种方法得到Li1+xV3O8材料的SEM图。由图发现，未经后续热处理的产品为无定型态的小颗粒聚集体。在150℃加热后则转变为针状聚晶体，其直径约为1μm。实验结果发现这种方法

7、制备的材料中未经热处理的Li1+xV3O8具有最高的首次放电比容量，以0.2mA/cm2的电流密度放电，充放电电压区间为1.7～3.8V，该材料可达到250mAh/g的初放电比容量。而经后续热处理的Li1+xV3O8具有较好的循环性能。可以看出从快速冷却的改进方法得到的Li1+xV3O8电化学性能要好于普通的高温固相合成方法。图1：快速冷却法产品的SEM图：（a）未热处理(b)经过150℃热处理Fig.2.SEMofLiV3O8byrapidcoolingmethod：（a）noheattreatment(b这种方法处理的L

8、i1+xV3O8材料中含有大量的水分子。这些水分子一定程度上增大了Li1+xV3O8的层间距，即增大了锂离子的扩散通道，有利于锂离子的嵌入和脱出。所以具有较高的放电容量和良好的循环性能。除了快速冷却使得材料中掺入一定量的H2O有益于改进其电化学性能外，产物的形貌对电化学性能也有影响：未经后