MnO2纳米包覆改性Li3V2(PO4)3/C正极材料的制备及电化学性能的研究

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本文通过改良的溶胶凝胶法(PH=4)制备Li3V2(PO43/C正极材料,然后通过聚乙烯醇(PVA)辅助的悬浮液包覆法对其进行不同含量的无定形MnO2的包覆改性,MnO2的包覆量为0 wt.%、2 wt.%、3 wt.%和4 wt.%。利用XRD、XPS、BET、SEM以及HRTEM等技术对材料的成分及微观结构进行分析,将正极粉体用涂布法制备成正极片,进而组成扣式电池。通过恒电流充放电技术、循环伏安法(CV)和交流阻抗法(EIS)对所有电池在不同测试温度(室温、0°C和-20°C)下进行电化学性能的研究。MnO2包覆改性有效地提高了Li3V2(PO43/C正极材料的首次充放电比容量及倍率循环稳定性,尤其是高倍率和低温下的性能改性更显著。在3.0-4.8 V的电压窗口下,MnO2包覆量为3 wt.%的样品的电化学性能最好。室温下,在0.1-5C倍率下进行60个循环后,MnO2包覆量为3 wt.%的样品的放电比容量为94.7mAh g-1(容量保留率为56.7%);当再次在0.2 C下循环10次,容量保留率依旧高达75.3%。随着倍率和循环次数的增加,MnO2的改性效果越明显。在1 C下,MnO2包覆量为3 wt.%样品的样品在室温、0°C和-20°C下的首次放电比容量分别为144.4 mAh g-1、132.4 mAh g-1和100.4 mAh g-1,与未包覆的样品相比容量增长率分别为10.9%、13.4%和72.8%。可见随着温度的降低MnO2的改性效果越来越明显。此外,MnO2对Li3V2(PO43/C进行表面改性可以明显降低电荷转移电阻Rct。其中,MnO2包覆量为3 wt.%的样品的Rct值由室温的18.88Ω增加到低温-20°C的135.12Ω,而未包覆样品的Rct值则由室温的47.04Ω增加到低温-20°C的410.31Ω,可见包覆量为3 wt.%样品的Rct值随着温度的降低其增幅远远低于未包覆样品,说明MnO2的包覆改性有效地改善了电池的低温电荷转移过程。
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