论文部分内容阅读
具有双腔链式结构的V6O13因其高容量、低成本、无污染等特性，成为最具开发和应用潜力的新一代锂离子电池正极材料。然而，V6O13正极材料由于本身固有结构导致其电子电导率和离子扩散速率极低；另外，由于物相结构稳定的V6O13难于制备。这些问题的存在严重影响了该材料的实用化进程。
本文采用固相法制备了V6O13正极材料，对上述问题进行了有益探索。通过DSC—TG、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正极材料的电化学行为。
通过对合成原料NH4VO3进行DSC—TG热分析，研究了NH4VO3在热分解过程中反应变化过程。研究表明，NH4VO3在180℃加热分解生成六聚钒酸铵((NH4)2V6O16)，在300℃时分解为钒酸氧钒铵((NH4)2·O·2V2O4·5V2O5)，在450℃生成V6O13，180℃和300℃两个温度段反应缓慢。
本实验以NH4VO3为原料，利用固相法成功合成了物相稳定的V6O13。研究了焙烧温度、焙烧时间，升温速率，Ar气流量和NH4VO3的质量对合成正极材料的影响。研究结果表明：制备V6O13的最佳工艺条件为，取原料偏钒酸氨(NH4VO3)5g，在Ar气流量为85mL/min，升温速率为5℃/min，180℃保温1h，300℃保温1h，450℃保温30min。
在确定固相法最佳工艺参数的基础上，掺杂少量AgVO3、CuO、La2O3和CeO2进行改性，以提高正极材料的充放电性能和结构稳定性。结果表明：掺杂后样品的XRD分析图谱均与V6O13标准谱(JCPDF00-019-1399)保持一致，并且掺杂前后(110)、(601)和(-621)面d值均有不同程度的增大，说明杂质进入V6O13的层间，形成了有效掺杂。通过对这四种掺杂效果对比可知，正极材料Ag0.01V6O13掺杂效果最佳，未掺杂V6O13的比容量为309mAh/g，Ag0.01V6O13的比容量为323mAh/g，达到理论容量的77％。Ag+掺杂的V6O13在高频区的半圆对应的电解质/氧化物电极界面的电荷传输反应引起的阻抗(220Ω)与没掺杂的V6O13正极材料(310Ω)对比，阻值减少约为90Ω。说明掺杂后材料的结构稳定性和电荷传输速率均有很大改善。