锂离子电池正极材料磷酸钒锂的研究

摘　要

：

Li

3

V

2

(PO

4

)

3

因具有优异的电化学性能，成为目前倍受关注的锂离

子电池正极材料。介绍了单斜结构磷酸钒锂

[α- Li

3

V

2

(PO

4

)

3

]的结构及充放电机理，

概述了几种主要的制备

Li

3

V

2

(PO

4

)

3

方法，包括了固相法、溶胶

-凝胶法、微波法。同

时阐述了几种主要方法用来对

Li

3

V

2

(PO

4

)

3

电化学性能进行改性研究，对该材料

的发展前景进行了展望。

关键词

：

正极材料

  Li

3

V

2

(PO

4

)

3

  锂离子电池

目前

, 锂离子电池因其具有灵便、安全性好、循环寿命长、无记忆效应、无污

染、高的单电池电压及高能量密度等优良特性

,已成为当今便携式电子产品的可

再充电式电源的主要选择对象之一。锂离子二次电池的性能和成本在很大程度上

取决于正极材料的电化学性能和成本。

研究发现

,以磷酸根聚阴离子为基础的正极材料能够产生比较高的氧化还原

电位，而且锂离子扩散的通道加大

,能够很好地进行嵌脱锂的反应，此外此类型

正极材料还具有良好的安全性、热力学稳定性及较高的放电比容量

[1-3] 

。

在过渡金属元素中

,钒的化学性质十分活泼,是典型的多价过渡金属元素,目

前研究发现具有储锂性能的含钒磷酸盐体系正极材料主要有

LiV

2

PO

4

 F，Li

3

V

2 

- 

(PO

4

)

3

，

LiVP

2

O

7

和

VOPO

4

/LiVOPO

4

等。其中，单斜晶系磷酸钒锂

[α-Li

3

V

2

(PO

4

)

3

]

是一种很有前途的锂离子电池正极材料。它具有一般聚阴离子材料高稳定性、高

容量及高电位的特点，近年来也备受人们的关注。同时我国有丰富的钒矿资源，

尽管资源没有铁丰富，但钢铁冶炼渣中存在含量比较高的钒。因此从经济和环境

角度来看，

α-Li

3

V

2

( PO

4

 ) 

3

 锂电池正极材料的开发具有非常重大的意义和价值。

1　α-Li

3

V

2 

(PO

4

)

3

的结构及充放电机理

1. 1　α-Li

3

V

2

 (PO

4

)

3

的结构

α-Li

3

V

2

(PO

4

)

3

属于

P2

1

 /n空间群，晶胞参数为

[4] 

：

a = 86.22 nm, b = 86.24 

nm，c = 120.36 nm，β= 90.452°，V = 8.949×10

5

 nm

3

，其晶胞结构如图

1

[5]

所示。

单斜结构

[6]

由

VO

6

八面体和

PO

4

共用氧原子顶点的三维框架构成。每个

VO

6

八面体

通过顶点与

6个PO

4

四面体连接

,而每个PO

4

四面体与

4个VO

6

八面体连接。通过这

种连接方式构成了三维网状

V

2

(PO

4

)

3

单元结构

, Li

+

位于晶胞中形成

12个四面体空

隙位置。由于

PO

4

四面体将

VO

6

八面体隔开

, VO

6

八面体相互之间不能直接相连，