鋰離子電池正極材料LiV3O8的摻雜改性研究進(jìn)展

葛鵬（河南工業(yè)大學(xué)，河南 鄭州 450001）

近年來，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對能源研究領(lǐng)域提出了越來越高的要求。同時，環(huán)境的污染，不可再生資源的枯竭，使得傳統(tǒng)能源行業(yè)也逐漸被人們遺棄。當(dāng)人們將研究目標(biāo)轉(zhuǎn)向新型能源時，卻發(fā)現(xiàn)能源的儲變技術(shù)成為了制約新型能源快速發(fā)展的瓶頸因素。傳統(tǒng)的一次電池的較為嚴(yán)重的環(huán)境污染，以及缺少再利用性等問題，促使可重復(fù)利用的鋰離子二次電池引起了人們的研究興趣。高比能鋰離子二次電池，是通過鋰離子的嵌入/脫出而實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化的，具有環(huán)境污染小，制作簡單等一系列的優(yōu)點(diǎn)。

現(xiàn)階段鋰離子正極材料的研究主要集中到金屬系材料，可是大部分金屬系材料理論容量偏低，這成為它們不可逆轉(zhuǎn)的缺點(diǎn)。而釩系材料中的單斜晶體LiV3O8的較高的理論容量，低廉的成本，簡易的合成方法引起了學(xué)者們的廣泛的研究。當(dāng)然，LiV3O8材料本身也有制約其發(fā)展的因素，較差的循環(huán)穩(wěn)定性成為了對其改性的主要對象，對其進(jìn)行改性的方法主要為摻雜改性，可以分為單質(zhì)子摻雜、雙質(zhì)子摻雜、間隙摻雜這三個主要方面。

1 單質(zhì)子摻雜

單質(zhì)子摻雜根據(jù)其不同的摻雜位置又可以分為鋰位摻雜，釩位摻雜，氧位摻雜這三個主要方面。

1.1 鋰位摻雜

迄今為止，對鋰位摻雜的元素有Na+,K+,Mg2+,Ca2+,Ba2+。

Kumagai等通過高溫固相法來合成Na+取代Li+的材料Li1-xNaxV3O8，合成的材料具有著理論容量的80%，通過XRD發(fā)現(xiàn)材料的晶胞體積隨著Na+摻雜而增大，電化學(xué)性能也得到了相應(yīng)的提升。

1.2 釩位摻雜

具有相似半徑的離子來取代釩位離子被廣泛的進(jìn)行了研究，如Ce3+,Ni2+,Mn2+,Mo6+,W6+,Ti4+,Co2+,Al3+,Fe3+,Nd3+,Zr4+,Ga3+,Co3+,Mn4+,Y3+，Er3+元素均被探索。

Liu等通過將Li（ac）·2H2O,Ni（ac）2·4H2O,V2O5以及過量的草酸以一定的摩爾比進(jìn)行0.5h研磨，然后煅燒得到LiV2.95Ni0.050O8展現(xiàn)出最小的顆粒形貌。材料展現(xiàn)出了285mAhg-1的初始比容量，并且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

1.3 氧位取代

陰質(zhì)子對于氧位的取代，目前的探索較少，研究者們成功的將F-，Cl-進(jìn)行了摻雜。

Liu等人利用F-成功的取代氧原子，通過將LiF等原材料按照一定的摩爾比進(jìn)行固相法來合成F-摻雜的改性材料。采用高溫煅燒后將材料進(jìn)行急速冷卻的方法來合成材料LiV3O8-xFx。SEM發(fā)現(xiàn)摻雜后的材料表面形貌變得光滑，通過電化學(xué)性能測試，發(fā)現(xiàn)改性材料的循環(huán)可逆性較好。

2 雙質(zhì)子摻雜

現(xiàn)階段對于雙質(zhì)子摻雜的研究只進(jìn)行了Y3+與F-以及Co2+與F-陰陽雙質(zhì)子摻雜。

Wu等人按照一定原料配比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。采用固相法充分研磨后，在管式爐中里煅燒得到電極材料。通過在電壓區(qū)間為1.8-4.6V上，以及電流密度為0.25C的進(jìn)行充放電測試，發(fā)現(xiàn)Li1.38V2.99Co0.01O7.98F0.02的首次放電容量為233mAhg-1，經(jīng)過40個周次的循環(huán)以后還能保持192mAhg-1。

3 間隙摻雜

間隙摻雜又名中間層摻雜，是通過外部元素直接進(jìn)入本體材料LiV3O8的單斜晶胞之中。

如Feng等人成功地進(jìn)行了B的中間層摻雜，以B粉為原材料，在80℃保持機(jī)械攪拌0.5進(jìn)而形成橘黃色粘性液體，將液體在100℃下干燥3h，經(jīng)過煅燒得到材料。經(jīng)過100個周次的循環(huán)以后，B-LiV3O8放電比容量維持為232.5mAhg-1。

4 結(jié)語

通過上述總結(jié)，發(fā)現(xiàn)作為正極材料的LiV3O8具有較高的研究價值。盡管LiV3O8的研究已經(jīng)取得了一系列的進(jìn)展，但是仍然有一些基礎(chǔ)性問題有待研究。在未來，有關(guān)釩酸鋰的摻雜改性研究將會繼續(xù)得到進(jìn)行，相信經(jīng)過廣大研究者的努力，正極材料LiV3O8自身的電化學(xué)優(yōu)點(diǎn)會得到更大的發(fā)展，成為新型電池材料的主力軍。

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