《基於同步輻射X射線的磷酸釩鋰摻雜改性研究》是依託電子科技大學,由王麗平擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於同步輻射X射線的磷酸釩鋰摻雜改性研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王麗平
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
磷酸釩鋰因具有結構穩定、理論比容量高、氧化還原電位高、低溫性能好等優點，被認為是一種極具科研價值和套用前景的動力鋰離子電池正極材料。離子摻雜廣泛套用於提高其低電導率，從而提高電化學性能，但是摻雜改性機制和容量衰減的原因還需要深入研究。本項目基同步輻射XRD和XAS技術，對摻雜磷酸釩鋰開展以下研究：1、實現對摻雜材料的精確測量，解析摻雜元素摻雜位置、電荷價態對結構以及電化學性能的影響；2、探索容量衰減的機理，解析充放電過程中結構演化，尋找影響電荷轉移速率、離子輸運的關鍵步驟；3、通過摻雜來改變母體材料導帶或者價帶的位置，調控儲鋰電位。深入開展本項研究，為提高磷酸釩鋰功率密度和能量密度等相關研究提供新的途徑；同時揭示晶體結構與電化學性能的構效關係，為設計新型鋰離子電池正極磷酸鹽材料提供思路。
結題摘要
NASICON結構的磷酸釩鋰Li3V2(PO4)3具有3個Li+可以脫嵌（容量197 mAh.g-1），平均工作電壓平台約4.0 V，理論能量密度約為788 Wh.kg-1, 高於傳統的正極材料，而且其結構穩定、安全性能好和低溫性能好，成為新一代寄予期望的鋰離子電池正極材料。目前該材料容量衰減快，離子、電子傳導機制不清楚。 本項目擬採用同步輻射X射線原位表征技術（X射線衍射譜和X射線吸收譜），結合其它研究手段（透射電鏡、第一性原理計算等），對一系列摻雜改性的鋰離子電池正極材料Li3V2(PO4)3進行研究，重點研究材料的晶體結構變化和關鍵元素的電子結構變化，同時通過摻雜實現工作電壓的調控。 本項目對磷酸釩鋰的改性進行研究，試圖解決以下問題：1、探索容量衰減的機理，解析充放電過程中結構演化，尋找影響電荷轉移速率、離子輸運的關鍵步驟；2、實現對摻雜材料的精確測量，解析摻雜元素摻雜位置、電荷價態對結構以及電化學性能的影響；3、通過摻雜/碳包覆來改變母體材料導帶或者價帶的位置，提高電化學性能。 重要結果和關鍵數據： 1、利用電化學手段和同步輻射（XRD和XAS）Li3V2(PO4)3 證明了充放電過程中晶體結構穩定，影響電荷轉移速率、離子輸運的關鍵步驟在於第三個Li+的嵌入和脫嵌； 2、利用TEM證明Li3V2(PO4)3性能衰減的主要原因為V的價態變化，從殼到核逐漸升高； 3、採用Co、 Mn元素慘雜，C包覆提高Li3V2(PO4)3性能。 科學意義：解釋了Li3V2(PO4)3容量衰減原因，提出提高Li3V2(PO4)3循環性能的3個方法。
