發(fā)布時間：2019-07-21 17:17

【摘要】：在眾多鋰離子電池正極材料中,鋰釩氧系正極材料因具有高容量、低成本等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注。低維材料具有高比表面積和小尺寸結(jié)構(gòu),可以有效地改善電極材料的電化學(xué)性能,所以在鋰離子電池中受到研究。對于鋰離子電池的性能研究,目前主要是通過裝配成品電池研究宏觀性能,而通過三電極體系來研究電極材料的性能及反應(yīng)的微觀機(jī)制相對較少。將電極材料組成三電極體系,由電化學(xué)工作站進(jìn)行電化學(xué)性能測試后,對研究電極進(jìn)行其他性能測試,相對于成品電池具有操作簡單、測試結(jié)果穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。本文以V_2O_5、LiV_3O_8為研究對象,采用靜電紡絲法和溶膠-凝膠旋涂法制備具有微納米結(jié)構(gòu)的V_2O_5、LiV_3O_8正極材料。通過XRD和SEM等測試方法表征V_2O_5、LiV_3O_8的結(jié)構(gòu)和形貌;將制備的正極材料組成三電極體系,通過電化學(xué)工作站表征其電化學(xué)性能;通過電化學(xué)應(yīng)變原子力顯微鏡(ESM)測試初步分析LiV_3O_8薄膜充放電過程的微觀機(jī)制。主要研究內(nèi)容如下:(1)以V_2O_5粉末和30%H_2O_2為原料,采用靜電紡絲法制備了V_2O_5/PVP聚合物纖維,干燥后經(jīng)500oC退火1小時,得到不同直徑的V_2O_5陶瓷纖維。通過實驗測試對比發(fā)現(xiàn),濃度為0.21 mol/L的V_2O_5纖維電化學(xué)性能較好。該濃度的V_2O_5纖維直徑分布在200~400 nm之間;進(jìn)行計時電位法測試時,充放電比容量高,說明V_2O_5纖維的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好。(2)為了提高V_2O_5溶液的穩(wěn)定性及溶質(zhì)溶解度,以V_2O_5粉末、LiOH·H2O和30%H_2O_2為原料制備了LiV_3O_8溶液。采用溶膠-凝膠旋涂法制備了LiV_3O_8/PVP薄膜,研究了不同退火溫度、時間對薄膜形貌、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。通過對比發(fā)現(xiàn),400oC下退火10小時得到的LiV_3O_8薄膜電化學(xué)性能較好,該薄膜晶粒尺寸為50~200 nm,循環(huán)伏安測試時存在明顯的氧化還原峰。ESM測試結(jié)果表明,放電時鋰離子嵌入,ESM信號較弱,平均振幅響應(yīng)小;充電時鋰離子脫出,ESM信號相對較強(qiáng),平均振幅響應(yīng)增大,說明電化學(xué)應(yīng)變響應(yīng)大小和鋰離子的濃度密切相關(guān)。(3)采用靜電紡絲法制備了LiV_3O_8/PVP聚合物纖維,研究了不同退火溫度、時間對纖維形貌、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。通過實驗對比發(fā)現(xiàn),400oC下退火1小時得到的LiV_3O_8纖維的電化學(xué)性能較好。退火后的LiV_3O_8纖維直徑分布在200~400 nm之間;循環(huán)伏安測試時存在氧化還原峰對,氧化峰對應(yīng)著鋰離子脫出,還原峰對應(yīng)著鋰離子嵌入。
【圖文】：

圖 1.1 鋰離子電池原理示意圖iCoO2-C (石墨)為例說明鋰離子電池在充放電過程反應(yīng)方程式如下：正極：+ -2 1-x 2LiCoO Li CoO +xLi +xe 負(fù)極：+ -x 66C+xLi +xe Li C 正極：+ -1-x 2 2Li CoO +xLi +xe LiCoO 負(fù)極：+ -x 6Li C 6C+xLi +xe 2 x 6 1-x 2LiCoO 6C Li C +Li CoO 充電放電電池正極材料的簡介

物應(yīng)有較好的電子導(dǎo)電率和離子電導(dǎo)率，減少極化，，使得可，具有高質(zhì)量能量密度；摩爾體積小，具有高體積能量密度數(shù)量和足夠大的鋰離子遷移通道，從而使鋰離子具有足夠大速充放電成為可能；度而言，嵌入化合物應(yīng)該成本低且對環(huán)境無污染；合成工藝化。上述條件，鋰離子電池正極材料的發(fā)展方向一方面是對現(xiàn)高其電化學(xué)性能；另一方面則是開發(fā)新的正極材料，不斷。鋰(LiCoO2) 正極材料為 -NaFeO2型層狀結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1.2 所示[14]。堆積形式，由此構(gòu)成 LiCoO2晶體的主體框架結(jié)構(gòu)，當(dāng)鋰離子進(jìn)行重新排列，形成六方密堆積形式的 CoO2晶胞。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ340.64;TM912


本文編號：2517321