快离子导体Li3V2(PO4)3包覆LiFePO4的结构和性能

doi:10.3969/j.issn.0251-0790.2012.02.005

高等学校化学学报 ›› 2012, Vol. 33 ›› Issue (02): 236.doi: 10.3969/j.issn.0251-0790.2012.02.005

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快离子导体Li₃V₂(PO₄)₃包覆LiFePO₄的结构和性能

张晓萍, 郭华军, 李新海, 王志兴, 彭文杰, 伍凌

中南大学冶金科学与工程学院, 长沙 410083

收稿日期:2011-05-24 出版日期:2012-02-10 发布日期:2012-01-13
通讯作者: 郭华军, 男, 博士, 教授, 主要从事新能源材料研究. E-mail: ghj.csu@163.com E-mail:ghj.csu@163.com
基金资助:
国家"九七三"计划项目(批准号: 2007CB613607)和中央高校基本科研业务费(批准号: 2010QZZD0101)资助.

Structure and Electrochemical Performance of LiFePO₄ Cathode with Coating Super Iron Conductor Li₃ V₂(PO₄)₃

ZHANG Xiao-Ping, GUO Hua-Jun, LI Xin-Hai, WANG Zhi-Xing, PENG Wen-Jie, WU Ling

School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China

Received:2011-05-24 Online:2012-02-10 Published:2012-01-13

摘要/Abstract

摘要： 通过机械活化将快离子导体Li₃ V₂(PO₄)₃包覆在LiFePO₄ 表面, 制备了性能优异的复合正极材料9LiFePO₄@Li₃ V₂(PO₄)₃. 用XRD, SEM, HRTEM, EDS和电化学测试等手段研究了材料的物理化学性能. 结果表明, 包覆后的材料含有橄榄石结构的LiFePO₄、单斜晶系的Li₃ V₂(PO₄)₃ 和正交晶系的Li₃ PO₄; LiFePO₄颗粒表面包覆了一层Li₃ V₂(PO₄)₃, 且部分V³⁺进入LiFePO₄晶格内部, 使其晶格参数减小, 包覆后的LiFePO₄的交换电流密度和锂离子扩散系数均提高了1个数量级. 电化学测试结果表明, 包覆后的LiFePO₄的倍率性能及循环性能都得到显著改善, 在1C和2C倍率下, 包覆后的LiFePO₄的首次放电比容量较包覆前分别提高了34.09%和78.97%, 经150次循环后容量保持率分别提高了27.77%和65.54%; 并且5C时容量为121.379 mA·h/g(包覆前LiFePO₄在5C下几乎没有容量), 循环350次后的容量保持率高达94.03%.

关键词: 锂离子电池, LiFePO₄, Li₃ V₂(PO₄)₃, 快离子导体, 包覆

Abstract: The composite 9LiFePO₄@Li₃ V₂ (PO₄)₃ was prepared by coating super ion conductor Li₃ V₂ (PO₄)₃ on the surface of LiFePO₄ particles through mechanical activation method. X-ray diffraction, scanning electron microscopy, high resolution transmission electron microscopy, energy disperse spectroscopy and electrochemical measurements were used to evaluate the properties of the cathodes. The coated LiFePO₄ contains olivine LiFePO₄, monoclinic Li₃V₂ (PO₄)₃ and orthorhombic Li₃ PO₄ phases . As LiFePO₄ particles are encapsulated with a layer of Li₃ V₂ (PO₄)₃ and some V³⁺ ions are incorporated into the olivine structure, the LiFePO₄ lattice parameters decrease. Subsequently, the exchange current density and lithium ion diffusion coefficients of coated LiFePO₄ are separately improved one order of magnitude. Electrochemical measurements indicate that the rate capability and cycle performance of coated LiFePO₄ are significantly enhanced. Compared with bare LiFePO₄, the first discharge capacity of coated LiFePO₄ is raised 34.09% and 78.97% at 1C and 2C rates, while the capacity retention increases 27.77% and 65.54% after 150 cycles, respectively. Furthermore, the 9LiFePO₄@Li₃ V₂ (PO₄)₃ exhibits initial discharge capacity of 121.379 mA·h/g at the rate of 5C and its capacity retention is 94.03% after 350 cycles, while the pure LiFePO₄ almost shows no capacity at the same rate.

Key words: Lithium-ion battery, LiFePO₄, Li₃V₂(PO₄)₃, Super ion conductor, Coating

中图分类号:

O614
TM912.9

TrendMD:

张晓萍, 郭华军, 李新海, 王志兴, 彭文杰, 伍凌. 快离子导体Li₃V₂(PO₄)₃包覆LiFePO₄的结构和性能. 高等学校化学学报, 2012, 33(02): 236.

ZHANG Xiao-Ping, GUO Hua-Jun, LI Xin-Hai, WANG Zhi-Xing, PENG Wen-Jie, WU Ling. Structure and Electrochemical Performance of LiFePO₄ Cathode with Coating Super Iron Conductor Li₃ V₂(PO₄)₃. Chem. J. Chinese Universities, 2012, 33(02): 236.

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快离子导体Li₃V₂(PO₄)₃包覆LiFePO₄的结构和性能

Structure and Electrochemical Performance of LiFePO₄ Cathode with Coating Super Iron Conductor Li₃ V₂(PO₄)₃

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