锂电池正极材料 Li3V2(PO4)3材料问题及改性
2017-06-08
锂电世界小王子4190核心提示：锂电池正极材料 Li3V2(PO4)3虽然具有高电位、高理论比容量、良好的循环性能等优点，但电导率较低，高倍率充放电性能较差。为解决这一缺陷，必须设法提高Li+及电子的传导率，对材料进行改性，目前常用的方法主要有：离子掺杂和炭包覆。
《锂电世界》 锂电池正极材料 Li3V2(PO4)3虽然具有高电位、高理论比容量、良好的循环性能等优点，但电导率较低，高倍率充放电性能较差。为解决这一缺陷，必须设法提高Li+及电子的传导率，对材料进行改性，目前常用的方法主要有：离子掺杂和炭包覆。
研究发现，掺杂Mg2+、Al3+、Ce3+、Ti4+、Zr4+、Nb5+和W6+等金属离子可以提高晶格内部的电子导电率和锂离子在晶体内部的化学扩散系数，从而提高材料的电导率。以上掺杂的高价金属离子半径大多都小于V3+和Li+，但与Li+半径接近，故一般取代的是晶格中Li的位置，但也有例外，文献报道不完全一致。
J.Dang[96]等人采用Sol-Gel结合微波法合成了Ce掺奈的Li3V2(PO4)3/C正极。Ce掺杂的Li3V2(PO4)3/C有更小的粒度，低的电荷转移电阻，和快的锂离子迁移。在1C的充放电倍率情况Ce-Li3V1.95Ce002(PO4)3/C在100次循环内可以稳定释放170mA·h·g-l容量。在10C充放电倍率情况Ce-Li3V1.95Ce002(PO4)3/C可以稳定释放120mA·h·g-1容量，比未掺杂的样品高出60%。
杨改等以电池级LiOH·H2O、分析纯浓H3PO4、V2O5溶胶为原料，以Li:V:P的摩尔比为3:2:3配制成一定浓度的均匀溶胶。再往溶胶中加入所需掺杂量（萨5%或10%）的AlO3、Cr2O3、Y2O3、TiO2以及一定量的分析纯蔗糖。充分搅拌均匀，对溶胶进行喷雾干燥得到球形前驱体。再将前驱体置于管式炉中，通入氮气，于800℃恒温焙烧16h，合成了球形锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3及其掺杂不同金属离子(Al3+、Cr3+、Y3+、Ti4+)的衍生物。电化学测试结果表明，经摩尔分数x=5%的金属离子掺杂修饰后的Li3V2(PO4)3材料的首次充放电容量及循环性能均优于经x=10%的金属离子掺杂的材料。其中Al3+和Ti4+针的掺杂更加有效，在3.0～4.8V、0.5mA下，x(Al3+，Ti4+)=5%样品的首次放电容量分别为152mA．h．g一，和158.5mA．h。g-l。80次循环后放电容量均保持在123mA．h.g一一左右。
研究发现，掺杂Mg2+、Al3+、Ce3+、Ti4+、Zr4+、Nb5+和W6+等金属离子可以提高晶格内部的电子导电率和锂离子在晶体内部的化学扩散系数，从而提高材料的电导率。以上掺杂的高价金属离子半径大多都小于V3+和Li+，但与Li+半径接近，故一般取代的是晶格中Li的位置，但也有例外，文献报道不完全一致。
J.Dang[96]等人采用Sol-Gel结合微波法合成了Ce掺奈的Li3V2(PO4)3/C正极。Ce掺杂的Li3V2(PO4)3/C有更小的粒度，低的电荷转移电阻，和快的锂离子迁移。在1C的充放电倍率情况Ce-Li3V1.95Ce002(PO4)3/C在100次循环内可以稳定释放170mA·h·g-l容量。在10C充放电倍率情况Ce-Li3V1.95Ce002(PO4)3/C可以稳定释放120mA·h·g-1容量，比未掺杂的样品高出60%。
杨改等以电池级LiOH·H2O、分析纯浓H3PO4、V2O5溶胶为原料，以Li:V:P的摩尔比为3:2:3配制成一定浓度的均匀溶胶。再往溶胶中加入所需掺杂量（萨5%或10%）的AlO3、Cr2O3、Y2O3、TiO2以及一定量的分析纯蔗糖。充分搅拌均匀，对溶胶进行喷雾干燥得到球形前驱体。再将前驱体置于管式炉中，通入氮气，于800℃恒温焙烧16h，合成了球形锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3及其掺杂不同金属离子(Al3+、Cr3+、Y3+、Ti4+)的衍生物。电化学测试结果表明，经摩尔分数x=5%的金属离子掺杂修饰后的Li3V2(PO4)3材料的首次充放电容量及循环性能均优于经x=10%的金属离子掺杂的材料。其中Al3+和Ti4+针的掺杂更加有效，在3.0～4.8V、0.5mA下，x(Al3+，Ti4+)=5%样品的首次放电容量分别为152mA．h．g一，和158.5mA．h。g-l。80次循环后放电容量均保持在123mA．h.g一一左右。
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