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NASICON结构锂离子电池正极材料Na_3V_2（PO_4）_2F_3和Li_3V_2（PO_4）_3的合成及表征

作　者: 潘文成
导　师: 魏英进
学　校: 吉林大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 锂离子电池 正极材料 NASICON Na3V2（PO4）2F3 Li3V2（PO4）3
分类号: TM912.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


锂离子电池以其工作电压高、循环寿命长、对环境污染小以及无记忆效应等优点,在众多化学电源中脱颖而出,广泛应用于电动汽车及便携式电子产品等领域。由于目前商用LiCoO2正极材料的成本较高,并且污染环境,限制了锂离子电池的应用前景,因此,人们迫切地希望找到一种价格低廉、对环境友好、性能优良的新型正极材料。近来研究发现,NASICON结构的锂离子电池正极材料具有良好的结构稳定性和较高的离子扩散系数,有望替代传统的正极材料而备受关注。本论文以Na3V2（PO4）2F3和Li3V2（PO4）3两种NASICON结构正极材料为研究对象,致力于改善它们的电化学性能。首先,我们采用Sol-gel法制备了Na3V2（PO4）2F3/C复合材料,材料中残余的碳不仅抑制了Na3V2（PO4）2F3晶粒的长大,还改善了颗粒之间的导电性能。采用电化学阻抗谱和ICP测试分析了Na3V2（PO4）2F3的电化学插入机制,并通过恒电流充放电测试发现材料具有良好的电化学循环性能。然后,我们采用Pechini法制备了Li3V2（PO4）3/C复合材料,考察了烧结温度对材料结构、形貌、电导率及电化学性能的影响。结果表明,在800℃烧结8 h时所合成的产物具有较小的晶粒尺寸和较高的电导率,并且表现出最好的电化学性能。通过电化学阻抗谱计算了材料的锂离子扩散系数,并分析了材料在3.0 4.8 V电压区间循环性能下降的原因。

全文目录


内容提要  4-7
第1章 绪论  7-22
  1.1 引言  7
  1.2 锂离子电池的工作原理与特征  7-10
    1.2.1 锂离子电池的工作原理  8-9
    1.2.2 锂离子电池的特征  9-10
  1.3 锂离子电池正极材料概述  10-20
    1.3.1 Li-Co-O系正极材料  11-12
    1.3.2 Li-Ni-O系正极材料  12-13
    1.3.3 Li-Mn-O系正极材料  13-15
    1.3.4 LiFePO_4 正极材料  15-17
    1.3.5 NASICON结构正极材料  17-20
  1.4 本论文的研究意义及主要内容  20-22
第2章 Na_3V_2(PO_4)_2F_3/C复合材料的制备及表征  22-38
  2.1 引言  22
  2.2 Na_3V_2(PO_4)_2F_3/C复合材料的制备  22-23
  2.3 材料的表征  23-26
    2.3.1 热重分析（TGA）  23
    2.3.2 X射线衍射分析（XRD）  23-24
    2.3.3 透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）  24
    2.3.4 红外（FTIR）光谱和拉曼（Raman）光谱  24-25
    2.3.5 电导率测试  25
    2.3.6 ICP分析  25-26
  2.4 电化学性能测试  26-28
    2.4.1 电极的制备及模拟电池的装配  26
    2.4.2 交流阻抗法  26-27
    2.4.3 恒电流充放电测试  27-28
  2.5 结果与讨论  28-37
    2.5.1 前驱体的TG曲线  28-29
    2.5.2 Na_3V_2(PO_4)_2F_3/C复合材料的XRD分析  29-31
    2.5.3 Na_3V_2(PO_4)_2F_3/C复合材料的FTIR光谱分析  31
    2.5.4 Na_3V_2(PO_4)_2F_3/C复合材料的TEM分析  31-32
    2.5.5 Na_3V_2(PO_4)_2F_3/C复合材料的电化学性能  32-37
  2.6 本章小结  37-38
第3章 Li_3V_2(PO_4)_3/C复合材料的制备及电化学表征  38-53
  3.1 引言  38
  3.2 Li_3V_2(PO_4)_3/C复合材料的制备  38-39
    3.2.1 Pechini法介绍  38-39
    3.2.2 Li_3V_2(PO_4)_3/C复合材料的制备  39
  3.3 材料表征  39-40
    3.3.1 材料的结构和形貌表征  39-40
    3.3.2 电化学性能测试  40
  3.4 Li3V2(PO_4) 3/C复合材料的结构和形貌分析  40-46
    3.4.1 烧结温度对产物物相的影响  40-42
    3.4.2 Li_3V_2(PO_4)_3/C复合材料的FTIR光谱  42-44
    3.4.3 Li_3V_2(PO_4)_3/C复合材料的拉曼图谱分析  44-45
    3.4.4 Li_3V_2(PO_4)_3/C复合材料的形貌分析  45-46
  3.5 Li_3V_2(PO_4)_3/C复合材料的电化学性能  46-51
  3.6 本章小结  51-53
第4章 结论  53-55
参考文献  55-63
攻读硕士期间发表的论文  63-64
中文摘要  64-66
Abstract  66-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池 > 各种材料蓄电池
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