韓紹昌 張可賀 范長嶺 李玲芳 陳進 張翔

摘要：采用高溫固相法，以環(huán)氧樹脂為還原劑合成鋰離子電池正極材料Li3V2（PO4）3.通過X射線衍射分析和掃描電子顯微鏡對樣品的晶體結構和微觀形貌進行表征，并用恒電流充放電和循環(huán)伏安實驗研究材料的電化學性能.結果表明所制備的Li3V2（PO4）3為結晶完善的單斜結構，顆粒分布均勻且粒徑較小，0.2 C時在3.0V～4.3V電壓范圍的首次放電比容量為126.9 mAh/g，30次循環(huán)后的比容量為126.0 mAh/g，容量保持率達到99.29%.

關鍵詞： 鋰離子電池；Li3V2（PO4）3；環(huán)氧樹脂；電化學性能

中圖分類號：TM912.9 文獻標識碼：A

1.3電化學測試

以N甲基吡咯烷酮（天津產，AR）為溶劑，按Li3V2（PO4）3、乙炔黑和聚偏氟乙烯（深圳產，AR）的質量比8∶1∶1混合均勻成漿料，涂覆在鋁箔集流體上.在120 ℃下真空干燥6 h，在沖片機上沖出直徑為14 mm的電極片.以金屬鋰片為負極，廣州天賜產電解液1 mol/L LiPF6/EC+DMC+EMC（1∶1∶1，體積比），隔膜為聚丙烯Celgard 2400，在充滿高純氬氣的手套箱中組裝LIR2016型扣式電池.采用武漢藍電電子有限公司生產的CT2001A型電池測試系統(tǒng)進行充放電性能測試，電位范圍為3.0～4.3 V；采用上海辰華儀器公司生產的CHI660C型電化學工作站進行循環(huán)伏安試驗，掃描速率為0.1 mV/s.

2結果與討論

2.1環(huán)氧樹脂的TGDSC分析

從DSC曲線可以看出，在150.96 ℃和424.46 ℃附近出現放熱峰和吸熱峰，它們對應于環(huán)氧樹脂的固化反應和炭化反應.根據環(huán)氧樹脂失重速率的不同，其TG曲線可分為兩個區(qū)間，Ⅰ）室溫～250 ℃，Ⅱ）250～450 ℃.從室溫到250 ℃，環(huán)氧樹脂基本沒有失重.在250～450 ℃范圍內，其重量迅速減小，這表明環(huán)氧樹脂發(fā)生了劇烈的炭化反應.溫度超過450 ℃后，碳化反應基本結束，沒有失重，最終的碳殘余量為38.84%.綜上所述，可知選取150 ℃為環(huán)氧樹脂的固化溫度.

3結論

以環(huán)氧樹脂為還原劑合成了具有單斜結構的Li3V2（PO4）3，其顆粒分布十分均勻，粒徑較小.其在3.0～4.3 V范圍內，0.2 C時的首次放電比容量為126.9 mAh/g；30次循環(huán)后的放電比容量為126.0 mAh/g，容量保持率達到99.29%，具有較好的循環(huán)性能.循環(huán)伏安實驗表明其具有良好的可逆性.

參考文獻

[1]BARKER J， GOVER R K B， BURNS P，et al. Structural and electrochemical properties of lithium vanadium fluorophosphates LiVPO4F[J]. Journal of Power Sources， 2005， 146： 516-520.

[2]NANIUNDASWAMY K S， PADHI A K， GOODENOUGH J B， et al. Synthesis redox potential evaluation and electrochemical characteristics of NASICONrelated3D framework compounds[J]. Solid State Ionics， 1996， 92： 1-10.

[3]MORCRETTE M， LERICHE J B， PAUTOUX S. In situ Xray diffraction during lithium extraction from rhombohedral and monoclinic Li3V2（PO4）3[J]. Electrochemical and SolidState Letters， 2003， 6（5）： A80-A84.

[4]劉素琴， 李世彩， 唐聯心. Li3V2（PO4）3的溶膠凝膠法合成及其性能研究[J]. 無機化學學報， 2006， 22（4）： 645-650.

[5]劉麗英， 姜霖琳， 吳輝強， 等. 微波法一步合成鋰離子電池正極材料的研究[J]. 稀有金屬材料與過程， 2010， 39（1）： 364-368.

[6]PATOUX S， WURM C， MORCRETTE M， et al. A comparative structural and electrochemical study of monoclinic Li3V2（PO4）3 and Li3V2（PO4）3[J]. Journal of Power Sources， 2003， 119-121： 278-284.

[7]曹福彪， 馬敘， 呂菲， 等. 以超導炭黑為還原劑制備磷酸釩鋰[J]. 電池， 2011， 41（1）： 2-4.

[8]劉素琴， 唐聯興， 黃可龍. 碳熱還原法合成正極材料Li3V2（PO4）3及其性能[J]. 電源技術， 2006， 30（6）： 473-476.

[9]陳平， 王德中. 環(huán)氧樹脂及其應用[M] . 北京： 化學工業(yè)出版社， 2004： 98.

[10]FU P， ZHAO Y M， DONG Y Z， et al. Low temperature solidstate synthesis routine and mechanism for Li3V2（PO4）3using LiF as lithium precursor[J]. Electrochimica Acta， 2006， 52：l003-1008.