五氧化二釩（V2O5）是一種具有層狀結(jié)構(gòu)的過(guò)渡金屬氧化物,具有較高的嵌鋰電位,用作鋰離子電池正極材料時(shí),具有比容量高、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)。但V2O5較差的離子和電子電導(dǎo)率會(huì)造成電池循環(huán)過(guò)程中嚴(yán)重的容量衰減,影響其進(jìn)一步實(shí)際應(yīng)用。針對(duì)上述問(wèn)題,本文設(shè)計(jì)并構(gòu)筑了三種不同結(jié)構(gòu)的納米V2O5/氮摻雜石墨烯復(fù)合材料。通過(guò)XRD、XPS、拉曼光譜、氮?dú)馕摳健EM、TEM等結(jié)構(gòu)、形貌表征,以及循環(huán)伏安、恒電流充放電、交流阻抗等電化學(xué)行為分析,研究其構(gòu)效關(guān)系,發(fā)展高性能V2O5/氮摻雜石墨烯儲(chǔ)鋰材料。通過(guò)液相法制備V2O5·nH2O納米線/氮摻雜石墨烯復(fù)合材料后,采用熱處理工藝將V2O5·nH2O轉(zhuǎn)化為正交相V2O5,得到V2O5納米線/氮摻雜石墨烯復(fù)合材料。氮摻雜石墨烯不僅可以提高材料的電導(dǎo)率,還能防止納米線結(jié)構(gòu)在熱處理過(guò)程中發(fā)生結(jié)構(gòu)變化,提高材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。上述結(jié)構(gòu)特性有效提高了 V2O5的電化學(xué)性能。在100、200、500、1000和2000 mA g-1的電流密度下,V2O5納米線/氮摻雜石墨烯復(fù)合材料的放電容量分別為273、242、206、181和161 mAh g-1。通過(guò)水熱結(jié)合熱處理... 

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幾種二次電池能量密度的對(duì)比[32]

第1章緒論-3-1.2.1鋰離子電池工作原理與眾多電池結(jié)構(gòu)相似，鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜以及電池外殼等部分組成，通過(guò)鋰離子在正負(fù)極之間的遷移實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的充電和放電過(guò)程。在放電過(guò)程中，鋰離子從負(fù)極脫出，在電解液中遷移至正極，嵌入正極材料，電子在外電路從負(fù)極遷移至正極。在充電過(guò)程中，鋰離子從正極脫出并遷移至負(fù)極，電子在外電路從正極遷移至負(fù)極[30]。可以看到，上述充放電過(guò)程是由鋰離子在正負(fù)極間如同搖椅般往復(fù)遷移實(shí)現(xiàn)的，因此鋰離子電池又被稱為“搖椅電池”。以圖1-2中的電池為例（正極為L(zhǎng)iCoO2，負(fù)極為石墨），其充放電反應(yīng)為：正極反應(yīng)：LiCoO2xLi++xe-+Li1-xCoO2（1-1）負(fù)極反應(yīng)：6C+xLi++xe-LixC6（1-2）電池反應(yīng)：LiCoO2+6CLi1-xCoO2+LixC6（1-3）在鋰離子電池中，負(fù)極材料要求具有較低的鋰脫嵌電位。除了上述石墨負(fù)極外，可以作為負(fù)極材料的還有硅（Si）、二氧化鈦（TiO2）等[36,37]。對(duì)于正極材料，要求其具有比較高的電極電位，比如目前商用的鈷酸鋰（LiCoO2）的電極電位約為4.1V（vs.Li/Li+）。圖1-2鋰離子電池的工作原理示意圖[30]Figure1-2Schemeoflithiumionbattery[30]1.2.2鋰離子電池的特點(diǎn)及發(fā)展需求鋰離子電池可以分為液態(tài)鋰離子電池和固態(tài)鋰離子電池兩大類。液態(tài)鋰離子電池采用液態(tài)電解質(zhì)溶液，制造技術(shù)比較成熟，已經(jīng)得到大規(guī)模應(yīng)用。固態(tài)放電充電放電充電放電充電

第1章緒論-7-具有優(yōu)異的大倍率放電性能，穩(wěn)定的充放電平臺(tái)和優(yōu)異的循環(huán)性能。這些優(yōu)點(diǎn)使得LiCoO2成為一種非常成功的鋰離子電池正極材料，廣泛應(yīng)用于無(wú)人機(jī)、筆記本電腦、手機(jī)等消費(fèi)電子領(lǐng)域[72]。不過(guò)，LiCoO2仍然面臨一些問(wèn)題[73,74]：第一，鈷元素在地殼中的儲(chǔ)量較低，遠(yuǎn)低于釩、錳、鎳、鐵等過(guò)渡金屬元素，造成原材料的價(jià)格昂貴。近年來(lái)電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車產(chǎn)量的提高，供需關(guān)系引起鈷原材料價(jià)格的明顯上漲，導(dǎo)致使用鈷基正極材料的電池造價(jià)難以降低。第二，LiCoO2材料在過(guò)充電條件下會(huì)造成晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)的Li+過(guò)多脫出，不可逆地生成CoO2，引起容量衰減。含有高價(jià)鈷離子的CoO2還會(huì)催化電解液的分解，進(jìn)一步使電池性能惡化。此外，在過(guò)度脫鋰的情況下還會(huì)有單質(zhì)鈷析出，而單質(zhì)鈷可以溶解于電解液中，同樣會(huì)造成電池容量的不可逆衰減。多年來(lái)，科研工作者們致力于對(duì)LiCoO2材料進(jìn)行改性，以便得到更好的電化學(xué)性能。例如，采用Al元素對(duì)于LiCoO2進(jìn)行摻雜制備LiAlxCo1-xO2材料可以在放電過(guò)程中更好地維持層狀結(jié)構(gòu)[42]。不僅如此，Al3+的摻雜可以減少電解液的分解[75]。此外，對(duì)LiCoO2進(jìn)行包覆處理，同樣是提高LiCoO2電化學(xué)性能的有效方法[76-79]。圖1-3LiCoO2的晶體結(jié)構(gòu)示意圖[68]Figure1-3CrystalstructureofLiCoO2[68]總之，LiCoO2正極材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，其理論研究和實(shí)際應(yīng)用都有了巨大進(jìn)展。但是，鈷資源的稀缺性使LiCoO2的生產(chǎn)成本難以降低。同時(shí)，考慮到鈷元素具有較高的毒性，科研工作者正在積極開(kāi)發(fā)新型正極材料以便替代鈷基正極材料。1.3.2鎳酸鋰正極材料與LiCoO2相同，鎳酸鋰（LiNiO2）材料同樣具有α-NaFeO2層狀結(jié)構(gòu)。相比于LiCoO2，LiNiO2的原材料儲(chǔ)量更加豐富，價(jià)格更加低廉，同時(shí)具有環(huán)境友

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號(hào)：3516502