新型Li9V3(P2O7)3(PO4)2体系锂离子电池正极材料制备及性能

用X-射线衍射、高分辩透射电镜和扫描电镜、PPMS、热分析方法、第一性原理计算和电化学方法研究以新型Li9V3(P2O7)3(PO4)2化合物为母相的磷酸盐体系锂离子电池正极材料的组分、结构、电子结构与电学和电化学性能的关系。阐明微观结构和电子结构的变化对电池性能和电化学性能的影响机制，为开拓更新途径开发出性能优异的磷酸盐体系锂离子电池正极材料提供技术支持。

Ti掺杂V位能够改善Li9V3(P2O7)3(PO4)2化合物的电化学性能。在0.2C倍率电流下 Li9V2.95Ti0.05(P2O7)3(PO4)2/C的首次放电比容量为120.7 mAh g-1，在2C充放电倍率下仍具84.1 mAh g−1的比容量。在Li9V3−xAlx(P2O7)3(PO4)2/C中掺杂量为x=0.25的样品具有最高的容量保持率，在0.2 C, 0.5 C 和1.0 C倍率下30个循环后首次放电比容量的保持率分别为92.4%, 87.7%, 和85.5%。容量保持率的显著提高主要归因于材料电子电导率的提高和电压极化的减小。Li9V3-xMnx(P2O7)3(PO4)2/C中x=0.1的样品在不同倍率条件下具有良好的容量特性和最好的倍率性能。当45个循环后充放电倍率从3C变回到0.2C时可以保持首次放电比容量的98.6%。在Li9V3-xCox(P2O7)3(PO4)2/C中Co掺杂量为0.02，0.04，0.06，0.08和0.10的样品首次放电容量分别为109.6 mAhg-1,108.4 mAhg-1,106.7 mAhg-1, 101.8 mAhg-1和96.1 mAhg-1。在3C的电流密度下x=0.04的样品表现出最优的倍率性能和循环性能。第一性原理计算方法对Li9M3(P2O7)3(PO4)2 (M=Fe, Cr, Co, V)的晶体结构、电子性质以及平均嵌入电压进行了研究。计算结果给出 Li离子的脱出顺序应该是Li(1), Li(3)先脱出, 最后才是 Li(2)脱出。.Li3VO4/C负极材料在0.18 C下首次放电和充电比容量及库伦效率分别为662.6 mAh g-1、662.6 mAh g-1和71.7%；即使在40C的高倍率下比容量还能保持约95 mAh g-1。复合硅负极材料Si/SiOx/C的初始容量为1500 mA h/g（约为纯石墨的4倍），但容量保持率低。混合石墨后的石墨-Si/SiOx/C 400个循环后仍能保持初始容量的80%。Li2MoO4纳米管负极材料的首次放电和充电比容量分别为1000 mAh g-1 和650 mAh g-1。在4 C倍率下Li2MoO4纳米管的容量仍能保持在200 mAh g-1。