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石油危机和人们对于全球气候恶化的担心使人们开始考虑对汽油依赖所产生的负面效应,人们开始把视线转移到开发可替代的清洁能源上,但是开发清洁能源的同时,我们需要拥有一个可以把这些能量储存起来的便携装置。如今,在众多的储能装置中,锂离子电池凭借其的诸多优势脱颖而出。而单斜结构的Li3V2(PO4)3因其高的离子扩散系数、高工作电压、高理论比容量(197 mAh g-1)和安全性好等优点受到广泛的关注。本硕士论文对Li3V2(PO4)3正极材料的不同合成方法进行了一系列的研究,并且对合成的产物的结构、形貌和电化学性能进行了研究。
在本论文的第一章,作者首先简要介绍了锂离子电池的发展历程,之后又简单介绍了锂离子电池的工作原理和结构,在对常见的锂离子电池正极材料进行介绍后,重点论述了Li3V2(PO4)3正极材料的结构、反应机理以及采用不同的方法对Li3V2(PO4)3性能的影响。
在论文的第二章中,作者列举了实验中所用到的仪器以及常用的材料分析实验方法,详细介绍了2032型扣式电池的装配过程以及后续的电化学测试手段。
在本论文的第三章,详细介绍了采用水热法合成Li3V2(PO4)3/C的过程,通过控制浓度、pH值、分散剂等一系列条件,优化出具有最佳电化学性能的Li3V2(PO4)3/C,尤其是对于3.0-4.8V高电压区间下的电化学性能进行了改善和提高,同时对Li3V2(PO4)3/C低温的性能也进行了一定的研究,发现本论文中使用水热法制备的片状形貌的Li3V2(PO4)3/C具有非常优异的低温性能,即便在-20℃也有很高的放电比容量。
在本论文的第四章介绍了使用溶胶-凝胶法制备Li3V2(PO4)3/C的过程,探究了三方面的问题:首先,研究了溶胶-凝胶法中选用不同的络合剂对最终合成的Li3V2(PO4)3/C电极材料的形貌、电化学性能的影响,最终得出,使用草酸作为络合剂的样品具有最好的电化学性能,其次是抗坏血酸,电化学性能最差的是使用柠檬酸作为络合剂的样品;其次,研究了烧结温度对Li3V2(PO4)3/C的电化学性能的影响,最终发现,烧结温度为750℃,烧结时间为10小时的样品的电化学性能最好,烧结温度过低,材料的结晶性不好,对其电化学性能有着非常大的影响;最后,研究了碳源加入量对Li3V2(PO4)3/C电极材料电化学性能的影响,最终发现,当碳源添加量为3(即n(Li3V2(PO4)3)∶n(葡萄糖中的碳原子)=1∶3)时,合成的Li3V2(PO4)3/C样品具有较高的容量和较好的循环以及倍率性能。
最后,在论文的第五章,作者对本论文的创新点以及不完善之处进行了总结,并对后续的研究工作提出了展望。