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三元掺杂改性锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:《物理化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O646[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]西安交通大学电子陶瓷与器件教育部重点实验室,西安710049, [2]西安交通大学国际电介质研究中心,西安710049, [3]武汉军械士官学校电源教研室,武汉430075
  • 相关基金:国家自然科学基金(21343011); 陕西省自然科学基金(2014JQ2-2007); 111引智计划(B14040); 中央高校基本科研业务费专项资金(xjj2014044)资助项目 致谢:感谢西安交通大学国际电介质研究中心的卢江波老师和路璐老师为本文提供HRTEM测试和EELS收谱.感谢西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室的马莉静老师在XRDN试方面给予的技术帮助.
中文摘要:

以柠檬酸为螯合剂和还原剂,NH4VO3为钒源,通过溶胶-凝胶法制备了锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3及其三元掺杂体系Li2.85Na0.15V1.9Al0.1(PO4)2.9F0.1.分别采用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、能量损失谱(EELS)、拉曼(Raman)光谱、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、恒流充放电、循环伏安(CV)和交流阻抗谱(EIS)等技术对材料的微观结构、颗粒形貌和电化学性能进行分析.结果表明:在残余碳包覆的基础上,Na、Al、F三元掺杂有利于稳定Li3V2(PO4)3的晶体结构,进一步减少颗粒团聚和提升材料导电特性,促进第三个锂离子的脱出和嵌入,从而显著改善Li3V2(PO4)3的实用电化学性能.未经掺杂的Li3V2(PO4)3原粉在1/9C、1C和6C倍率下的可逆比容量分别为141、119和98 mAh·g^-1,而三元掺杂改性材料在1/9C、1C、8C和14C倍率下的比容量分别为172、139、119和115 mAh·g^-1.在1C倍率下循环300圈后,掺杂体系的比容量依然高达118 mAh·g^-1,比原粉高出32.6%.值得注意的是,这种三元掺杂还使Li3V2(PO4)3的多平台放电曲线近似转变为一条斜线,显示出可能不同的储锂机制.

英文摘要:

Li3V2(PO4)3 and its triple-cation-doped counterpart Li2.85Na0.15V1.9Al0.1(PO4)2.9F0.1 were prepared by a conventional sol-gel method. The effect of Na-Al-F co-doping on the physicochemical properties, especially the electrochemical performance of Li3V2(PO4)3, were investigated by X-ray diffraction(XRD), high-resolution transmission electron microscopy(HRTEM), electron energy loss spectroscopy(EELS), Raman spectroscopy,scanning electron microscopy(SEM), X-ray energy dispersive spectroscopy(EDS), galvanostatic charge/discharge, cyclic voltammetry(CV), and electrochemical impedance spectroscopy(EIS). It was found that combined with surface coating from residual carbon, this triple-cation co-doping stabilizes the crystalline structure of Li3V2(PO4)3, suppresses secondary particle agglomeration, and improves the electric conductivity.Moreover, reversible deinsertion/insertion of the third lithium ion at deeper charge/discharge is enabled by such doping. As a consequence, the practical electrochemical performance of Li3V2(PO4)3 is significantly improved. The specific capacity of the doped material at a low rate of 1/9C is 172 mAh·g^-1 and it maintains115 mAh·g^-1 at a rate of 14 C, while the specific capacities of the undoped sample at 1/9C and 6C are only141 and 98 mAh·g^-1, respectively. After 300 cycles at 1C rate, the doped material has a capacity of 118 mAh·g^-1, which is 32.6% higher than that of the undoped counterpart. It is also noteworthy that the multiplateau discharge curve of Li3V2(PO4)3 transforms to a slope-like curve, indicating the possibility of a different lithium intercalation mechanism after this co-doping.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781