Li3V2(PO4)3/石墨烯纳米复合材料的制备及性能研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

可再充电锂离子电池因其较高的能量密度、优良的循环性能成为混合动力汽车（hv）和电动汽车（ev）潜在的电源设备。现如今锂离子电池性能的提高往往取决于正极材料的开发和改良研究，正极材料作为锂离子电池的主导材料，得到了国内外科研工作者的广泛研究。

目前，已经商业化的锂离子电池正极材料锂钴氧化物licoo₂，锂锰氧化物limn₂o₄等过渡金属氧化物受限于比容量相对较低的劣势，已经不能满足当前需求。近年来，过渡金属磷酸盐limpo₄ (m = mn, co, fe, ni) 和li₃m₂(po₄)₃ (m = v, ti)因其较高的比容量，很好的电化学稳定性已经得到了较为广泛的研究。

磷酸钒锂(li₃v₂(po₄)₃)作为新一代正极材料，其优良的离子电导率、较高的可操作电压平台和高比容量使其成为相当有应用前景的正极材料。单斜型磷酸钒锂为钠超离子导体（nasicon）结构，三个锂离子能够自由嵌入脱出于共氧的vo₆正八面体和po₄正四面体组成的三维框架结构，这使得其在3.0 ~ 4.8v的电压范围内理论比容量高达197 ma h g^-1。然而，自身电导率较差和在锂离子嵌入脱出过程中结构易发生降解等问题限制了其作为正极材料在锂离子电池中的进一步应用。

目前的解决办法主要是通过碳包覆和掺杂金属元素来对磷酸钒锂进行改性以提高电导率。研究者采用葡萄糖、蔗糖、抗坏血酸等作为碳源制备出磷酸钒锂/碳合材料，这对于提高磷酸钒锂颗粒表面电导率具有极大的促进作用，然而，颗粒内部的锂离子和电子却仍然缺少可以自由嵌入脱出的传输通道。这使得所得到的材料的实际比容量距离理论比容量仍然有较大的差距。循环稳定性也有所不足。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究（设计）的基本内容

本实验以nh₄vo₃，lioh·h₂o，nh₄h₂po₄，柠檬酸，碳纳米管（cnts）为原材料，通过溶胶凝胶法制备出li₃v₂(po₄)₃/(cnts c)纳米复合材料。通过现代测试技术分析表征所制备复合材料的晶相结构，表面形貌和内部微观结构。以该复合材料为正极材料组装出纽扣电池，通过电化学手段得到该复合材料的电化学性能参数。探索不同含量的cnts的掺入对lvp/(cnts c)纳米复合材料充放电比容量，循环稳定性的影响，从而确定出最佳掺入cnts的含量，使该材料的电化学性能达到最优，并探讨该材料微观结构与其电化学性能间的关系。

2.2 研究目标

（1）本课题的目标是掌握采用溶胶凝胶法制备出一种高比容量、可快速充放的锂离子电池正极材料——li₃v₂(po₄)₃/(cnts c)纳米复合材料。

3. 研究计划与安排

第1－2周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第3－5周：按照设计方案，制备li₃v₂(po₄)₃/（cnts c）纳米复合材料。

第6－11周：采用xrd、fe-sem、tg-dsc、cv等测试技术对复合材料的物相、显微结构、电化学性能进行测试。

第12－14周：总结实验数据，完成并修改毕业论文。

4. 参考文献（12篇以上）

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[4] w.w. xu, l. liu, h.l. guo, r.s. guo, and c. wang, electrochim. acta, 113, 497 (2013).