113 以碱式碳酸镁为镁源的镁掺杂磷酸钒锂的研究 (第十五届全国电化学会议-锂电专场论文集)

以碱式碳酸镁为镁源的镁掺杂磷酸钒锂的研究

戴长松*，陈振宇，胡信国

（哈尔滨工业大学化工学院，黑龙江，哈尔滨，150001，E-mail：changsd@http://doc.wendoc.com） 锂离子电池性能的不足主要在于其大电流充放电时的循环性能不高，安全性差，以及较低的能量密度。而导致这些缺点的主要因素是锂离子电池的阴极材料。Li3V2(PO4)3是目前锂离子电池阴极材料研究中的一种热门材料。Li3V2(PO4)3材料结构中有三个可以可逆嵌入脱出的锂离子，并具有较高的放电电压（3.6V、4.1V），这使其具有较高的能量密度（528 Wh kg-1）。同时，这种材料具有三维的锂离子扩散通道，锂离子在材料内的扩散系数高，使其具有良好的高倍率充放电性能。在Li3V2(PO4)3的晶体结构中存在稳定的P-O键，这提高了材料的热稳定性，使其具有良好的安全性能。因此，Li3V2(PO4)3材料被认为是应用前景良好的动力锂离子电池阴极材料。本文以碱式碳酸镁为镁源，对Li3V2(PO4)3进行了掺杂改性和中试研究。

本实验以工业级的LiOH·H2O、V2O5，NH4H2PO4、Mg2(OH)2CO3·3H2O为原料，以蔗糖为碳源，采用碳热还原法合成Li3(V1-xMgx)2(PO4)3/C复合正极材料。依照化学计量比称取原料，并将原料球磨混合，采用旋转炉加热和烧结，预分解温度为300-350 oC，烧结温度为650-850 oC，烧结时间15-24h。每炉合成Li3(V1-xMgx)2(PO4)3/C 材料8-10 kg。

(020)

(121)

(a)

Specific capacity (mAhg)

(022)

-1

Intensity (a.u.)

(22-1)

(021)

(11-1)

1020304050602 Theta (deg.)Cycle number

图1 Li3(V1-xMgx)2(PO4)3/C复合正极材料的XRD谱图和循环性能：(a) XRD谱图；(b) 循环性能

Fig. 1 (a) XRD pattern and (b) cycle performance of Li3(V1-xMgx)2(PO4)3/C

图1 (a) 所示为采用镁离子掺杂的Li3(V1-xMgx)2(PO4)3材料的XRD谱图。谱图中没有明显的杂峰存在，这说明试验制备得到的Li3(V1-xMgx)2(PO4)3材料与Li3V2(PO4)3保持相同的单斜结构，掺杂没有改变材料的晶相结构。Li3(V1-xMgx)2(PO4)3材料主要晶面的衍射峰尖锐，具有良好的晶型结构。通过计算得到其主要晶胞参数为：a=0.86463 nm、b=0.85764 nm、c=1.17364 nm、β=90.6°，晶胞体积为0.87025nm3。激光粒度分析得到的结果表明，材料的D50的典型值为3.76 μm。碳硫仪测试表明，Li3(V1-xMgx)2(PO4)3材料的碳含量为3.4 mass%。

如图1 (b) 所示，Li3(V1-xMgx)2(PO4)3材料表现出了良好的高倍率充放电性能。在1C倍率充电10 C倍率放电条件下，Li3(V1-xMgx)2(PO4)3材料的放电容量达到108 mAh/g，600次循环容量保持率为84 %；在10C充电1C放电的条件下，Li3(V1-xMgx)2(PO4)3材料的放电容量达到114 mAh/g，500次循环容量保持率为92 %。

Investigation of Mg-doped Lithium Vanadium Phosphate with Basic Magnesium

Carbonate as Magnesium Source

Changsong Dai*, Zhenyu Chen, Xinguo Hu

(School of Chemical Engineering and Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin, Heilongjiang, 150001,

E-mail: changsd@http://doc.wendoc.com)