锂离子电池正极材料V6O13的溶剂热合成及其电化学性能

技能实习----------锂离子电池正极材料V6O13的溶剂热合成及其电化学性能

锂离子电池正极材料V6O13的溶剂热合成及其电化学性能 １． 试验方法 １.１ 试样制备

１.１.１ 钒氧化物V6O13的合成

将0.4g V2O5、20毫升水和25毫升乙醇混合，磁力搅拌使其均匀后放入100毫升的高压水热釜中，在160℃下保温24小时，冷却后取出墨绿色沉淀，将沉淀离心、干燥，得到前驱体。将前驱体在真空条件、一定温度下煅烧２小时得到样品。 １.１.２电池样品的制备

按照85:10:5的质量比将 钒氧化物粉末、乙炔黑和聚偏氟乙烯( PVDF) 混合均匀, 添加一定量的N-甲基吡咯烷酮为溶剂,搅拌均匀后，在铝箔上碾压成为薄膜，在393 K真空干燥12小时后得到试验所需的正极片。负极片、隔膜、电解液分别采用锂箔、Celgrand - 2400微孔聚丙烯膜、1M LiPF6 /EC – DMC - DEC ( 2:2:1)溶液, 在湿度小于 5%的手套箱中装配成 2042型扣式试验用电池样品。 １.２ 样品分析测试

采用日本Rigaku公司生产的UltimaⅢ型X射线衍射仪分析样品的物相结构，测试条件为：Cu靶Kα，λ=0.15406 nm，工作电压为40 kV，工作电流为40 mA，扫描范围2θ为10~80°，扫描速度为10°/min。采用深圳新威尔电子有限公司生产的 BTS电池测试系统分析样品的

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首次充放电性能、循环稳定性能, 电压范围为3.5–1.5V vs. Li/Li+，电流密度为0.15mA/g (基于样品的质量)。 2.结果分析

采用工艺简单的溶剂热法，结合低温煅烧，合成了钒氧化物V6O13。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电池性能测试系统等对不同煅烧温度样品的物相结构、首次充放电性能、循环稳定性能等进行了表征。结果表明：随着煅烧温度的升高，样品的首次放电比容量升高，但其循环性能下降，热处理温度为400℃时，样品的首次放电比容量最大，为335.6 mAh/g。热处理温度为300℃时，样品的循环性能最好，循环50次后，其容量保持在217.８mAh/g，容量保持率为：99.7%。本文采用工艺简单的溶剂热法，结合低温煅烧，合成了钒氧化V6O13，并采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电池性能测试系统等对不同煅烧温度样品的物相结构、首次充放电性能、循环稳定性能等进行了表征。

钒氧化物样品的物相分析

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图１.样品的ＸＲＤ图谱：所合成的前驱体(25℃),在 300℃, 350℃, 380℃ and 400℃温度下热处理２小时的样品.图下方的竖线为V6O13的标准图谱 (JCPDS No. 71-2235)

图１为采用溶剂热法合成的前驱体及不同温度热处理样品的Ｘ射线衍射分析结果。从图中可以看出，所有样品的Ｘ射线衍射图谱中都出现了典型的单斜V6O13的特征峰(JCPDS No. 71-2235)。在前驱体的ＸＲＤ图谱中有一个未知相的杂质峰，当前驱体加热到300℃后，此杂质峰消失。在350℃ 热处理的样品中，位于2θ=25.349° V6O13的(110)面的衍射峰开始变为尖锐。样品在380℃热处理后，出现了位

于2θ=25.349° V6O13的(003)面的衍射峰。由于热处理温度相差很 小，400℃热处理样品的衍射图谱与380℃热处理样品的图谱差别不大。

钒氧化物样品的活化性能

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4.03.5abcdVoltage (V)3.02.52.01.51.0ab050100150200250cd300Specific capacity (mAh/g)

图２.室温下，电流密度0.25mA/cm2 (19mA/g)，电压范围为1.5–3.5V时不同温度热处理样品的首次充放电曲线：300℃ (a), 350℃ (b), 380℃ (c) and 400℃ (d)。 钒氧化物样品的循环性能

400Specific capacity (mAh/g)350300250 (a) (b) (c) (d)15010050005101520253035404550Cycle number 200

图3.不同热处理温度样品的循环性能：(a) 300℃, (b) 350℃, (c) 380℃ and (d) 400℃。热处理温度为 300℃, 350℃, 380℃和400℃样品的首

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次放电容量分别为：218.4，263.9，290.8和335.6 mAh/g， 循环50次后它们的放电容量分别为：217.8, 208.6, 207.0, 162.0 mAh/g。循环50次后,热处理温度为 300℃, 350℃, 380℃和400℃样品的容量保持率分别为：99.7%,79%, 71.2%和48.27%。随着循环次数的增加，一些锂离子不能完全从材料的结构中嵌入与脱出，因此所有样品的充放电容量都发生了下降，热处理温度为300℃样品的循环性能最好，热处理温度为400℃样品的容量下降得最快。

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