锂电池正极材料锂钒氧化物

高能锂电池的关键技术之一是正极材料的开发,与锂蓄电池负极材料的发展相比较,正极材料的发展稍微缓慢。随着锂电池的发展,新的正极材料层出不穷,比如:锂钒氧化物。

正极活性物锂钒氧化物具有高容量、低成本、无污染等优点,成为最具有发展前途的锂电池正极材料,受到人们高度重视。

锂电池图片

在过渡金属元素中,钒的价格相对比钴、锰低,且是多价态金属,能与锂可形成多种氧化物,主要包括层状的LiVO2、Li1+xV3O8和尖晶石型LiV2O4。

层状化合物LiVO2与LiCo2及LiNiO2的结构相似,但性质不同,当锂离子脱嵌时,LiVO2的结构不稳定,而尖晶石型LiV2O4中的V2O4骨架有利于锂离子扩散,在脱锂状态下,氧原子会作立方推积,因此,这两种锂钒氧化物被限制应用。

1957年Wadsley提出用层状化合物Li1+xV3O8作为锂电池正极材料。层状LiV3O8的结构由八面体和三角双锥组成,锂离子位于八面体位置,与层之间用离子键固定,过量的锂离子占据层间四面体位置,这种固定效使其在充放电循环过程中有一个稳定的晶体结构。当电压高达2.63V时,每摩尔LiV3O8的可逆脱嵌锂量可达3mol锂离子以上,使得其比容量在300mAh/g以上。

这种结构使电池循环性能非常稳定,但缺点是材料的电导率低,氧化性强。经过科学家研究,其改进的方法有在层状结构中嵌入无机分子、材料采用超声波处理等。由于层状LiV3O8具有比容量高、循环性能好的优点,因此成为一种很有潜力的锂电池正极材料。

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