锂离子电池正极材料LiV3O8的掺杂改性研究进展

葛鹏（河南工业大学，河南 郑州 450001）

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LiV3O8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，LiV3O8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LiV2.95Ni0.050O8展现出最小的颗粒形貌。材料展现出了285mAhg-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LiF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LiV3O8-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233mAhg-1，经过40个周次的循环以后还能保持192mAhg-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LiV3O8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-LiV3O8放电比容量维持为232.5mAhg-1。

4 结语

通过上述总结，发现作为正极材料的LiV3O8具有较高的研究价值。尽管LiV3O8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LiV3O8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。

[1]李伟伟,姚路,陈改荣,席国喜.锂离子电池正极材料研究进展[J].电子元件及材料,2012,31:77-81.

[2]蒋兵.锂离子正极材料的发展现状和研究进展[J].湖南有色金属,2011,21:39-42.

[3]李恒,张丽鹏,于先进.锂离子电池正极材料的研究进展[J].2012,31:1486-1490.

[4]刘永梅,李惠娟,倪杰.锂离子电池正极材料钒酸锂的研究进展[J].2011,40:513-518.