锂离子电池正极材料V6O13和VO2(B)的合成及其电化学性能研究

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由于Co的资源有限,导致LixCoO2类正极材料的价格昂贵,具有完整结构的LixNiO2制备较为困难,LixMn2O4在使用过程中容量下降快。考虑到具有八面体层状结构的V6O13和VO2(B)正极材料价格低、无污染、容量大、综合电性能好等因素,更具有实际使用价值,所以被越来越多的研究者认同为是最具开发和应用潜力的新一代锂离子电池正极材料。   本文分别采用了水热法和固相法制备了V6O13正极材料,采用微波水热法制备VO2(B)正极材料。通过DSC、XRD、SEM、EDS等手段对制备的正极材料进行结构、形貌表征和物理定性分析研究,并结合恒流充放电、电化学阻抗等测试手段分析了V6O13和VO2(B)正极材料的电化学性能。利用水热法合成V6O13,研究不同保温时间对合成产物的影响。结果表明:在200℃保温5d,制备出比较纯净、颗粒更小的V6O13。利用固相法合成V6O13,为了提高正极材料的充放电性能和结构稳定性。使用Cr2O3进行掺杂改性,研究Cr2O3不同掺杂量对正极材料的影响,确定Cr3+最佳掺杂量。结果表明:掺杂后样品的XRD分析图谱和形貌并没有发生变化,与未掺杂V6O13保持一致。Cr3+进入替代位置会出现短的CrO6八面体链,形成了有效掺杂。恒流充放电测试结果表明通过掺杂提高了V6O13的容量。当掺入的量x=0.03(CrxV6O13),放电容量最高,所以x=0.03(CrxV6O13)是Cr3+的最佳掺杂量。=利用微波水热法,研究不同温度、不同保温时间、不同还原剂对合成产物的影响。结果表明:以乙二醇为还原剂,在180℃保温1h,合成出了单一的、性能良好的VO2(B)。以乙二醇为还原剂,在180℃保温1h,研究了加入不同表面活性剂和加入具有高导电率的石墨烯对合成产物的影响。结果表明:加入PEG以后,产物的衍射峰没有变化,颗粒尺寸减小了,电化学性能提高了。加入石墨烯进行复合不仅提高了VO2(B)的首次放电容量,而且三次循环以后放电容量仍为首次放电容量的96.2%,改善了VO2(B)作为锂离子电池正极材料的循环性能。
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