近年来, 经济的快速发展对能源研究领域提出了越来越高的要求。同时, 环境的污染, 不可再生资源的枯竭, 使得传统能源行业也逐渐被人们遗弃。当人们将研究目标转向新型能源时, 却发现能源的储变技术成为了制约新型能源快速发展的瓶颈因素。传统的一次电池的较为严重的环境污染, 以及缺少再利用性等问题, 促使可重复利用的锂离子二次电池引起了人们的研究兴趣。高比能锂离子二次电池, 是通过锂离子的嵌入/脱出而实现能量转化的, 具有环境污染小, 制作简单等一系列的优点。
现阶段锂离子正极材料的研究主要集中到金属系材料, 可是大部分金属系材料理论容量偏低, 这成为它们不可逆转的缺点。而钒系材料中的单斜晶体Li V3O8的较高的理论容量, 低廉的成本, 简易的合成方法引起了学者们的广泛的研究。当然, Li V3O8材料本身也有制约其发展的因素, 较差的循环稳定性成为了对其改性的主要对象, 对其进行改性的方法主要为掺杂改性, 可以分为单质子掺杂、双质子掺杂、间隙掺杂这三个主要方面。
1 单质子掺杂
单质子掺杂根据其不同的掺杂位置又可以分为锂位掺杂, 钒位掺杂, 氧位掺杂这三个主要方面。
1.1 锂位掺杂
迄今为止, 对锂位掺杂的元素有Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Ba2+。
Kumagai等通过高温固相法来合成Na+取代Li+的材料Li1-xNaxV3O8, 合成的材料具有着理论容量的80%, 通过XRD发现材料的晶胞体积随着Na+掺杂而增大, 电化学性能也得到了相应的提升。
1.2 钒位掺杂
具有相似半径的离子来取代钒位离子被广泛的进行了研究, 如Ce3+, Ni2+, Mn2+, Mo6+, W6+, Ti4+, Co2+, Al3+, Fe3+, Nd3+, Zr4+, Ga3+, Co3+, Mn4+, Y3+, Er3+元素均被探索。
Liu等通过将Li (ac) ·2H2O, Ni (ac) 2·4H2O, V2O5以及过量的草酸以一定的摩尔比进行0.5h研磨, 然后煅烧得到Li V2.95Ni0.050O8展现出最小的颗粒形貌。材料展现出了285 m Ah g-1的初始比容量, 并且具有良好的循环稳定性。
1.3 氧位取代
阴质子对于氧位的取代, 目前的探索较少, 研究者们成功的将F-, Cl-进行了掺杂。
Liu等人利用F-成功的取代氧原子, 通过将Li F等原材料按照一定的摩尔比进行固相法来合成F-掺杂的改性材料。采用高温煅烧后将材料进行急速冷却的方法来合成材料Li V3O8-xFx。SEM发现掺杂后的材料表面形貌变得光滑, 通过电化学性能测试, 发现改性材料的循环可逆性较好。
2 双质子掺杂
现阶段对于双质子掺杂的研究只进行了Y3+与F-以及Co2+与F-阴阳双质子掺杂。
Wu等人按照一定原料配比进行实验。采用固相法充分研磨后, 在管式炉中里煅烧得到电极材料。通过在电压区间为1.8-4.6V上, 以及电流密度为0.25C的进行充放电测试, 发现Li1.38V2.99Co0.01O7.98F0.02的首次放电容量为233 m Ah g-1, 经过40个周次的循环以后还能保持192 m Ah g-1。
3 间隙掺杂
间隙掺杂又名中间层掺杂, 是通过外部元素直接进入本体材料Li V3O8的单斜晶胞之中。
如Feng等人成功地进行了B的中间层掺杂, 以B粉为原材料, 在80℃保持机械搅拌0.5进而形成橘黄色粘性液体, 将液体在100℃下干燥3h, 经过煅烧得到材料。经过100个周次的循环以后, B-Li V3O8放电比容量维持为232.5 m Ah g-1。
4 结语
通过上述总结, 发现作为正极材料的Li V3O8具有较高的研究价值。尽管Li V3O8的研究已经取得了一系列的进展, 但是仍然有一些基础性问题有待研究。在未来, 有关钒酸锂的掺杂改性研究将会继续得到进行, 相信经过广大研究者的努力, 正极材料Li V3O8自身的电化学优点会得到更大的发展, 成为新型电池材料的主力军。
摘要：煤炭等不可再生资源的快速衰竭, 引起了新能源的广泛的研究热潮。新能源的利用大多要以电能的形式进行储藏然后进行下一步的运用, 作为可以进行能源储变的锂离子二次电池由于自身独有特性成为研究的热门。具有较高比容量的单斜晶体Li V3O8改性研究也逐渐被投入巨大的精力。
关键词：单质子掺杂,双质子掺杂,间隙掺杂
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