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目前已工业化的锂离子电池正极材料在安全性及价格方面已不能满足市场的要求,而以橄榄石结构的正极材料则是发展方向,其中磷酸钒锂材料不仅比容量高,而且循环稳定性及倍率性能好,有望成为锂离子电池新一代正极材料,所以目前研究重点是这类材料。本文概述了锂离子电池正极材料的研究进展。在分析新型锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3的制备工艺过程及影响因素基础上,本文采用XRD、SEM、热重分析、电化学测试及元素分析等研究方法,从原料选择,合成工艺,结构表征,形貌分析,电化学性能评价,部分元素掺杂改性等多方面对正极材料Li3V2(PO4)3进行了系统深入的研究。本文采用湿法球磨碳热烧结法在氮气保护下合成了正极材料Li3V2(PO4)3。综合研究了不同碳源、同一碳源的不同比例、不同锂源、球磨时间、前驱体处理过程、焙烧时间等对最终产物的结构和电性能的影响,确定了最佳的合成工艺路线:以碳酸锂、磷酸二氢铵、五氧化二钒为原料,以导电碳ECP为还原性碳源,过量110%,湿磨1.5h,80℃烘干24h,干磨1h,在300℃的马弗炉中预处理4h,然后在通氮气保护的管式炉中800℃焙烧18h,自然冷却至室温。上述条件下所制备得到的磷酸钒锂材料首次比容量高达126.3mAh/g,放电比容量为123.6 mAh/g,首次效率达97.3%,电池循环1500次后容量可以保持85%以上,10C下放电可以保持1C充电容量的85%以上。循环伏安法对磷酸钒锂的嵌/脱锂机理的分析测试表明,在3.0～4.3V范围内,Li3V2(PO4)3会出现三对氧化还原峰:3.65V/3.51V ,3.74V/3.61V, 4.11V/3.97V。前两对变价对应V4+/V3+ ,相应是第一个离子的嵌入和脱出,后一对变价对应V5+/V4+,相应是第二个锂离子点嵌入和脱出。为了进一步改善磷酸钒锂的电化学性能,采用钛,锆,铝三种元素以三种掺杂量对合成的磷酸钒锂材料进行掺杂改性。XRD分析显示合成材料中未出现掺杂第二相峰位。充放电结果表明,当掺杂元素多时(M:V≥0.25:1.75),材料的充放电平台减少,这就使得材料的平台更加稳定,有利于用电池充放电,改善充放电效率。然而这三种元素的掺杂并未使材料的容量得到提高,反而下降了,这或许是因为掺杂后材料中这种掺杂金属元素在锂离子的嵌入和脱出过程中变价较困难所致。本论文为高温固相法制备锂离子电池新型正极材料磷酸钒锂提供了详实的研究数据,并为该材料性能的进一步改善及产业化打下了基础。