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Dissertation for the Master Degree in Engineering
Preparation and Electrochemical Characteristics of Li1+xV1-xO2, Low-Voltage Anode Materials for Lithium Ion Batteries
Candidate: Xiaokun Li
Supervisor: Xiaoliang Zhou
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Chemical Engineering and
Technology
Affiliation: School of Science
Date of Defence: July, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘 要
电动汽车和便携式电子设备的发展对高性能二次电池需求强劲,开发新的电池材料以适应更高的性能要求,已成为现在迫在眉睫的工作。锂离子电池具有高输出电压、高能量密度、清洁无污染等优点,被认为是现阶段应用于动力和储能领域的一种非常有前景的电池。插层化合物 Li1+xV1-xO2 作为一种全新的负极材料,以其低工作电压平台、高安全性能和高体积能量密度正受到越来越多人的重视。
Li1+xV1-xO2 也存在首次充放电循环不可逆容量较大,循环性能与高倍率放电性能差,锂钒比的优化等问题。本文采用高温固相法合成了 Li1+xV1-xO2,讨论了不同的保护气氛, 不同的 x 值, 不同的反应温度等因素对于合成的 Li1+xV1-xO2 物理及电化学性能的影响,并对合成的 Li1+xV1-xO2 进行了碳包覆改性研究。
采用高温固相法制备 Li1+xV1-xO2 负极材料时,保护气体的选择直接决定了最终产物的纯度,采用氩气或氢气为保护气氛时制备出的 Li1+xV1-xO2 均含有杂质,只有采用氩氢混合气(95%Ar,5%H2)时才能得到单相的 Li1+xV1-xO2。烧结温度和 x 值的选择对合成 Li1+xV1-xO2 负极材料的物理化学性质同样有很大影响,烧结温度为 800℃,x 值为 时 Li1+xV1-xO2 电极材料的物理及电化学性能最好, 以 放电时容量达 301 mAh·g-1,以 1C 放电时的容量为 85 mAh·g-1。
以 电极材料为基础,对其进行不同比例的碳包覆,并对其进行了电化学性能研究。结果发现,葡萄糖使用量为 5mass%的 电极材料呈现出最佳的电化学性能,在 放电倍率下的容量为 310 mAh·g-1,50 次循环后的容量保持在 124 mAh·g-1;在 1C 放电倍率下的容量可达 106 mAh·g-1, 相比未包覆碳时的容量提高了 %。
关键词:锂离子电池;负极材料;Li1+xV1-xO2;碳包覆
Abstract
The strong deve