锂离子电池正极材料磷酸钒锂的表面改性与应用研究

NASICON结构的Li3V2（PO4）3具有原料丰富、安全性好、电压平台高和热稳定性优良等特点,被认为是极有潜力的动力锂离子电池正极材料。但其自身电子电导率极低,这严重制约了Li3V2（PO4）3在高功率动力电池方面的应用。目前,碳包覆是提高Li3V2（PO4）3电子电导率最简单,最常用的方法。然而Li3V2（PO4）3/C的电化学性能仍然不是十分理想。因此,为了满足高功率动力锂离子电池的需求,我们在Li3V2（PO4）3/C的基础上,在表面碳层中引入适量的离子导体Ru O2,弥散分布在碳层中的Ru O2不仅能提供锂离子传输的通道,还能在磷酸钒锂材料表面形成更致密的“保护膜”,从而阻止了活性物质和电解液的直接接触,提高了材料的循环稳定性。此外,我们又通过化学气相沉积法在Li3V2（PO4）3/C表面原位生长了高导电性的碳纳米纤维（CNFs）来提高其电化学性能,当催化剂含量适宜时,原位生长的CNFs不仅具有分散度高,导电性强等优点,其独特的结构还能显著提高Li3V2（PO4）3/C材料颗粒间的远程电子电导率,有效抑制材料在循环过程中的体积膨胀,使材料的电化学性能得到了显著的提高。随后,为全面深入地了解Li3V2（PO4）3的应用价值,我们成功地组装了一种新型的、高安全性的钛酸锂电池体系Li4Ti5O12/Li3V2（PO4）3,通过调整该体系的容量配比和电压区间等参数,获得了较好的电化学性能。最后,我们探讨了Li3V2（PO4）3/C作为水系锂离子电池正极材料的可行性,采用高温固相法合成的Li3V2（PO4）3/C为正极材料,商用活性炭为负极材料,通过调控电解液所处氛围、电解液浓度、工作电压窗口和电解液的种类等参数,获得了较好的电化学性能。本文不仅为磷酸钒锂正极材料的表面改性研究提供了新思路,还对其在有机和水系锂离子电池中的应用提供了可靠的理论依据。