2003年,Barker等首次報道了氟磷酸鹽LiVPO4F作為
鋰離子電池
正極材料,LiVPO4F屬于三斜晶系(晶胞參數為:a=0.5173nm,b=0.5309nm,c=0.7250nm;空間群為PT),是一個由PO4四面體和VO4F2:兒面體構建的三維框架網絡,三維結構中PO4四面體和VO4F2八面體共用一個氧頂點,而VO4F2八面體之間氟頂點相連接,在這個三維結構中,鋰離子分別占據兩種不同的位置。
在LiVPO4F結構中,V以+3價離子狀態存在,伴隨著鋰離子的脫出,V3+→V4+,材料的結構也由LiVPO4F轉變成VPO4F,其特征電化學曲線。從充放電曲線可以看出LiVPO4F→VPO4F轉變的平均脫鋰電位為4.3V。VPO4F→LiVPO4F平均嵌鋰電位為4.1V。
在首次充電過程中,Li+從LiVPO4F框架中的兩個不同結晶位置脫出,對應于兩個不同的脫鋰電位(4.29V和4.25V);隨后的嵌Li+過程以兩相反應機理進行,相應的嵌Li+電位在4.19V附近。原位XRD實驗結果表明在首次充電過程中形成一個中間相Li0.67VPO4F。但是在放電過程中,只有一個尖銳的微分容量峰,這對應于一個兩相反應過程,同時并沒有出現中間相。LiVPO4F的平均工作電壓為4.2V,比Li3V2(PO4)3的工作電壓高0.3mV,這得益于氟原子的誘導效應。通過對舍成條件進行優化,LiVPO4F的放電比容量高達155mA·h·g-1,這非常接近于理論比容量156mA·h·g-l,而且充放電曲線的極化非常小。Fu Zhou等的研究表明LiVPO4F有好的循環性能和熱穩定性。
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