【摘要】：在過去的十多年里,釩氧化物作為鋰離子電池具有潛在應用價值的正極材料,備受矚目。其中,層狀結構的V_2O_5和3D隧道結構的釩青銅皆被認為是頗具應用前景的正極材料。釩青銅β-Na_(0.33)V_2O_5是一種具有3D隧道結構的釩氧化物,是基于V_2O_5結構上,通過引入較高摻雜量的第二種金屬離子進入V_2O_5層間,提高V_2O_5框架結構的穩(wěn)定性和電子電導率,其在1.5-4.0 V和2.0-4.0 V的電壓范圍內充放電時分別可達到294 mAh g-1和245 mAh g-1的理論比容量,對應于每摩爾物質2個和1.67個電子的電化學反應。層狀結構的V_2O_5在1.5-4.0 V和2.0-4.0 V的電壓范圍內充放電時,分別可輸出441 mAh g-1和294 mAh g-1的理論比容量,對應于每摩爾物質3個和2個電子的電化學反應。但是,V_2O_5的電子導電率和離子導電率都不高,較難達到快速充放電的要求。因此,我們主要從三個方面著手:(1)在五氧化二釩的層間摻雜金屬離子;(2)制備納米材料;(3)表面包覆碳層。本文主要進行了如下研究工作:(1)通過水熱法合成釩青銅鈉β-Na_(0.33)V_2O_5材料。探索煅燒溫度對所制備材料性能影響。結果表明,煅燒溫度為400℃合成的β-Na_(0.33)V_2O_5樣品電化學性能最佳,該樣品為由類菱形片狀堆積成而成的30μm球形顆粒。電化學測試結果表明,于0.1 C電流密度下,2.0-4.0 V電壓范圍內進行充放電測試,首次放電比容量為235 mAh g-1,循環(huán)50次后,容量保持率為81.8%。其分別于0.05 C、0.1 C、0.5 C和1 C倍率下,基于初次放電比容量而言,平均每次循環(huán)容量衰減率為0.3%、0.36%、0.5%和0.7%。由交流阻抗計算得到鋰離子擴散系數(shù)為8.43×10-12 cm2 s-1。在1.5-4.0 V電壓范圍內進行充放電測試,于0.1 C倍率下,最高放電比容量為283 mAh g-1,在0.1 C倍率下循環(huán)50次后,容量保持率可達95%。(2)采用在溶膠-凝膠法制備的V_2O_5納米顆粒表面進行原位聚合甲基丙烯酸(PMAA),再熱解PMMA的方法合成碳包覆的V_2O_5@C納米復合材料。合成的樣品為厚度約20-40 nm、寬100-150 nm、長200-300 nm的納米片,表面較為光滑,可以看到清晰的碳包覆層。電化學性能測試表明,樣品在含有1M CoSO_4溶液的飽和LiNO_3溶液中,于10 C、20 C、30 C和40 C倍率下首次放電比容量分別達到122、118、115和113 mAh g-1,循環(huán)1000后次容量保持率分別為104%、96%、82%和79%。研究結果表明:在充放電過程中,電解液中的Co~(2+)離子嵌入了V_2O_5層間,在晶體的層間起支撐作用,穩(wěn)定了鋰離子脫嵌過程中V_2O_5層狀結構,且外層包覆的碳層能有效緩解了活性材料在水性電解液中的溶解,使其循環(huán)性能大幅度改善。(3)采用PMAA微凝膠為模板,利用其特有的三維網絡空間結構,且?guī)в胸撾姷?COO-基團,利用靜電引力作用,將具有正電性的前驅體離子VO~(2+)引入PMAA微球內部。再高溫煅燒,PMAA部分碳化,最終得到V_2O_5@C多孔微球。為了進一步穩(wěn)定V_2O_5的結構,選擇Mg~(2+)摻雜V_2O_5,由于其半徑(0.86?)與Li~+半徑(0.76?)相近,最終得到MgxV_2O_5@C微球。其中,Mg_(0.1)V_2O_5@C微球的電化學性能最佳,這些微球的粒徑約為10μm,由平均粒徑200 nm的亞微米粒子堆積而成,這些亞微米粒子則由直徑約10 nm的初級V_2O_5納米粒子均勻地鑲嵌在碳基體中構成,比表面積達到23.5 m2 g-1。在2.0-4.0 V電壓范圍內,在電流密度為0.03 A g-1和6 A g-1下,其首次放電比容量分別達到261和166 mAh g-1。樣品在1.5 A g-1的電流密度下循環(huán)600次后的容量保持率仍有94%。另外,Mg_(0.1)V_2O_5@C材料在電壓范圍為1.5-4.0 V(vs.Li+/Li)內,其循環(huán)性能也頗佳。研究結果顯示:碳包覆和Mg~(2+)離子摻雜聯(lián)合改性能有效地優(yōu)化V_2O_5的電化學性能。
【圖文】：

圖 1.1 不同二次電池能量密度和功率密度的比較子電池仍然存在一些固有的弊端，一方面是其制料。目前投入市場的正極材料以 LiCoO2為主，，然而口；另一方面，我國在電池的隔膜制造技術上落后壟斷的局面�？偠灾�，鋰離子電池存在的這些弊道的。我們有理由相信，隨著社會的進步和科技的。電池的基本構造池的形狀多種多樣，目前市面上常見的有紐扣型，其使用場合的不同而進行調整改變。如圖 1.2 為圓較復雜的內部結構，包括功能部分和輔助部分，基

圖 1.1 不同二次電池能量密度和功率密度的比較離子電池仍然存在一些固有的弊端，一方面是其制作成料。目前投入市場的正極材料以 LiCoO2為主，然而我國口；另一方面，我國在電池的隔膜制造技術上落后于國壟斷的局面�？偠灾�，鋰離子電池存在的這些弊端，道的。我們有理由相信，隨著社會的進步和科技的發(fā)展。電池的基本構造池的形狀多種多樣，目前市面上常見的有紐扣型，圓柱其使用場合的不同而進行調整改變。如圖 1.2 為圓柱形較復雜的內部結構，包括功能部分和輔助部分，基本結
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM912

【參考文獻】

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1 王遠洪;劉恒;朱丁;郭再萍;劉華坤;竇詩學;;空心聚吡咯/V_2O_5復合材料的制備及其電化學性能(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2011年06期

本文編號：2520107