發(fā)布時(shí)間：2020-05-10 14:31

【摘要】：一維釩氧化物,因其獨(dú)特的納米尺度特征,在聲、光、電等方面表現(xiàn)出一系列優(yōu)異的性能,尤其是應(yīng)用于電化學(xué)儲(chǔ)能材料時(shí),一維釩氧化物所具有的大表面積、短離子傳輸路徑、高理論容量、低成本等特點(diǎn)使其在鋰離子電池電極材料應(yīng)用方面表現(xiàn)出十分廣闊的應(yīng)用前景。本文選取水熱合成的方式,制備了一維納米結(jié)構(gòu)的釩氧化物,并對(duì)其進(jìn)行X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線光電子能譜(XPS)分析,對(duì)一維釩氧化物的物相、結(jié)構(gòu)以及形貌進(jìn)行了表征,探索其生長(zhǎng)機(jī)理;對(duì)合成的釩氧化物進(jìn)行電化學(xué)性能表征,研究其作為鋰離子電池正極材料時(shí)的循環(huán)伏安性能、恒流充放電性能以及循環(huán)穩(wěn)定性。(1)以VOSO_4·2H_2O為原料,水為溶劑,190℃水熱反應(yīng)溫度下,制備出具有一維納米帶結(jié)構(gòu)的釩氧化物,XRD與XPS分析結(jié)果表明,產(chǎn)物為具有正交結(jié)構(gòu)的VOSO_4·2H_2O晶體。對(duì)不同水熱反應(yīng)時(shí)間制備的產(chǎn)物進(jìn)行物相分析,結(jié)合其形貌結(jié)構(gòu),將其生長(zhǎng)過程總結(jié)為“溶解-氧化-剝離-成片”過程。對(duì)制得樣品進(jìn)行物相表征;循環(huán)伏安(CV),恒流沖充放電,電化學(xué)阻抗(EIS)測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明,隨著水熱反應(yīng)時(shí)間的增加,產(chǎn)物結(jié)晶性提高,電化學(xué)性能也得到顯著提高。水熱反應(yīng)時(shí)間為48h時(shí),產(chǎn)物首次放電比容可以達(dá)到245.7 mAh g~(-1),循環(huán)充放電50次后,其容量保持率仍可以維持在87.99%。(2)選擇實(shí)驗(yàn)一中制備的V_3O_7·H_2O納米帶為前驅(qū)體,在400℃溫度下,空氣氛下進(jìn)行退火處理,對(duì)退火處理后獲得的樣品進(jìn)行XRD分析,得出產(chǎn)物為具有斜方結(jié)構(gòu)的V_2O_5晶體,SEM測(cè)試發(fā)現(xiàn),V_2O_5完整保留了前驅(qū)體V_3O_7·H_2O的納米帶結(jié)構(gòu)特征,說明產(chǎn)物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較強(qiáng)。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明,前驅(qū)體水熱時(shí)間越短,制得樣品電化學(xué)性能越佳,選取水熱時(shí)間為12h時(shí)制得的V_3O_7·H_2O為前驅(qū)體,煅燒后獲得的V_2O_5其首次放電比容量為232.2 mAh g~(-1),充電比容量為202.5 mAh g~(-1),庫(kù)倫效率為87.2%,遠(yuǎn)高于水熱時(shí)間為48h時(shí)制得的樣品。這與制得的V_2O_5晶體結(jié)構(gòu)有關(guān),制得樣品無定形程度越高,電極活性物質(zhì)顆粒尺寸越細(xì)小,有利于電極材料與電解質(zhì)間的接觸,縮短鋰離子傳輸路徑,促進(jìn)離子擴(kuò)散,提高電池的電化學(xué)性能。(3)然而,由于釩氧化物本身固有電子電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)小,且充放電過程中伴隨的結(jié)構(gòu)變化,使得作為鋰離子電池電極材料時(shí),循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能較差。針對(duì)上述問題,對(duì)制得樣品進(jìn)行表面包覆處理,選取葡萄糖對(duì)V_2O_5進(jìn)行包覆,探究加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的碳時(shí),對(duì)產(chǎn)物性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,引入外加碳源后,并沒有改變釩氧化物的結(jié)構(gòu),而且包覆后產(chǎn)物電化學(xué)性能都得以提升,葡萄糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí),電化學(xué)性能最優(yōu),這是因?yàn)殡姌O活性物質(zhì)表面包炭后,一方面可以提高電極材料表面電導(dǎo)率,另一方面表面炭層可以起到緩解電池充放電過程中釩氧化物結(jié)構(gòu)變化時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力,提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。
【圖文】：

后仍表現(xiàn)出優(yōu)異的電池性能。碳材料做鋰電負(fù)極材料時(shí)，表現(xiàn)出比大多數(shù)氧化物、物、聚合物更高的比電荷量，，更負(fù)的氧化還原電位；由于碳材料本身良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)，表現(xiàn)出比金屬鋰作負(fù)極材料時(shí)更佳的循環(huán)穩(wěn)定性[17]。Nagaura[20]等人于 1990 年成備出以 LiCoO2為正極材料，石油焦炭為負(fù)極材料，LiClO4/PC+EC 做電解質(zhì)，具有循環(huán)穩(wěn)定性和比容量的鋰離子電池。1991 年，日本的索尼公司發(fā)布了以碳材料作負(fù)新型鋰二次電池，并命名為鋰離子電池，并實(shí)現(xiàn)商用化，開始大規(guī)模推廣。此后，對(duì)鋰離子電池進(jìn)行了一系列的嘗試和探索，開發(fā)出不同的正、負(fù)極材料和電解質(zhì)，子電池種類和性能均得到長(zhǎng)足發(fā)展。表 1.1[21]為截止 90 年代鋰二次電池發(fā)展過程，中可以看出，鋰離子電池發(fā)展過程中也出現(xiàn)了鋰//聚合物電池，Li/SO2電池等。.2.1 鋰離子電池結(jié)構(gòu)及工作原理鋰離子電池的結(jié)構(gòu)一般包括正極材料、負(fù)極材料、集流體（正極一般為金屬鋁，為銅）、電池隔膜、正極引線、負(fù)極引線、電池外殼、安全閥、中心端子、絕緣材料溫度控制端子等。為滿足不同需求，目前市場(chǎng)常見的鋰電池主要分為圓柱形電池、電池、方形電池和薄膜狀電池，如圖 1.2 所示，分別為上述幾種電池結(jié)構(gòu)示意圖。

釩氧化物@C 復(fù)合電極材料有構(gòu)筑成及性能研究體-電解質(zhì)-界面（SEI）。鋰離子電池在充放電過程放電LiCoO2Li1-xCoO2+ x Li++ x e-充電放電6C + x Li++ x e-LixC6充電放電6C + LiCoO2Li1-xCoO2+ LixC6充電
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB332;TM912

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本文編號(hào)：2657449