[00134972]掺杂离子对V6O13晶体结构的调控和电化学性能的影响机理

本课题由国家自然科学基金支持,根据当前社会发展的需要,传统能源已经不能满足我们的需求。而天然气、煤、石油等传统化石能源环境污染严重,风能、水能、太阳能等绿色洁净新型能源在使用上却受到地域、时间、气候等诸多限制,能量转换和存储是关键。锂离子电池引起具有性能安全、充放电速度快、能量密度高、输出电压高、使用寿命长等优点,已经成为现在应用最广的电池产品。在锂离子电池中,往往整体比容量的大小由正极材料的比容量决定,而传统的正极材料如LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiFePO4等类型,因其本身理论容量不高,导致其作为锂离子电池正极材料时,其实际比容量多在150-210mAh/g之间。而钒氧化物如V2O5、VO2、V6O13等因其具有较高的理论比容量,因此已经成为目前锂离子电池正极材料的重点研究对象。其中,钒氧化物V6O13具有非很高的理论容量（420mAh/g）和低成本等优点。但倍率性能差、循环性能差、放电平台拖尾下斜等问题极大地限制了该材料作为锂离子电池正极材料的应用。本课题主要采用水热法制备不同类型金属离子（Al3+、Ag+、Cu2+、Ti4+、Mn2+、Cr3+等）掺杂的MδV6O13+y,考察不同类型掺杂离子在晶格中的占位情况,以及对V6O13晶体结构的调控作用;研究掺杂离子在充放电过程中价态、配位的变化特点,进而探索掺杂离子对提高正极材料导电性的作用机理。通过离子掺杂,一方面可以提高LixMδV6O13+y高锂状态下的导电性能,另一方面可改善V6O13晶格结构稳定性以提高循环性能,从而获得高比容量及良好循环性能的MδV6O13+y正极材料。与此同时,本研究还通过化学预锂化的方法,提前将锂离子用化学方法嵌入的V6O13晶体结构中,提高了材料的性能。预锂化LixV6O13是一种有效的解决了V6O13正极材料应用于全电池中。本项目通过掺杂,锂化等方法,成功合成了稳定的V6O13锂离子电池电极材料,且相比于未掺杂的纯相V6O13,材料的电化学性能得到了明显的改善,为未来的商业化应用提供了指导和可行性的理论基础。到目前为止,在本项目资金的支持下,已经发表sci论文19篇,EI论文3篇,其他期刊文论3篇。