本文選題：鋰離子電池 + 釩酸鈉��； 參考：《長(zhǎng)沙理工大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：近年來(lái),釩氧化物和釩酸鹽嵌鋰材料由于其較高的比容量、低廉的成本以及簡(jiǎn)便的合成方法成為了研究熱點(diǎn)。在我國(guó),存在著釩資源豐富,但綜合利用程度不高的問(wèn)題,因此有必要開(kāi)發(fā)高比容量的釩系化合物,用作新型鋰離子二次電池的電極材料,這對(duì)于優(yōu)化我國(guó)釩資源的有效利用和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展都具有重要的意義。但是目前,釩系化合物嵌鋰材料仍然存在著一些問(wèn)題,主要是倍率性能差,循環(huán)性能不夠穩(wěn)定,這就限制了釩系化合物嵌鋰材料的商業(yè)化應(yīng)用。本論文著眼于結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定的釩酸鹽材料,通過(guò)采用兩種新型的制備方法,分別獲得了具有較高性能的釩酸鈉材料,并分別探討了在有機(jī)系鋰離子電池體系和水溶液鋰離子電池體系中的電化學(xué)性能和脫嵌鋰機(jī)制。嘗試了用高能超聲分散法對(duì)合成的材料進(jìn)行超薄化處理,并研究處理后的材料的電化學(xué)性能。本論文的主要工作和結(jié)果如下:設(shè)計(jì)了一種新型的水熱-固相燒結(jié)兩步法,合成了分散均勻的NaV_3O_8納米片材料。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),NaV_3O_8納米片材料在有機(jī)系鋰離子電池中具有良好的可逆脫嵌鋰能力。300 mA/g電流密度下首次放電容量為81.6 mAh/g(基于NaV_3O_8的質(zhì)量),100次循環(huán)后容量依然有80 mAh/g,顯示出了良好的循環(huán)穩(wěn)定性能和容量保持率。當(dāng)用作水系鋰離子電池負(fù)極時(shí),300 mA/g電流密度下首次放電容量為60.4 mAh/g(基于NaV_3O_8的質(zhì)量),120次循環(huán)后容量依然有60.6 mAh/g,循環(huán)穩(wěn)定性和容量保持率都很高。本文還探索了以NH_4VO_3和NaOH?H_2O為原料一步燒結(jié)法合成釩酸鈉的可能性,并通過(guò)超聲分散的方法對(duì)合成的材料進(jìn)行分散處理,對(duì)比分析超聲前后材料的電化學(xué)性能差異。超聲前該材料組裝的水溶液鋰離子電池在300mA/g電流密度下首次放電容量為72.7 mAh/g(基于NaV_3O_8的質(zhì)量)。200次循環(huán)后,容量為66 mAh/g,容量保持率高達(dá)91%,體現(xiàn)出了優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性。600mA/g電流密度下初始放電容量為70.9 mAh/g,200次循環(huán)后容量為53 mAh/g,容量保持率為75%,循環(huán)穩(wěn)定性較好,但是與300mA/g下的循環(huán)穩(wěn)定性相比有了一定下降,這也說(shuō)明了所合成的材料的倍率性能有待提高。該NaV_3O_8納米材料在有機(jī)鋰電池體系中,30mA/g電流密度下的初始放電容量雖高達(dá)240 mAh/g,但是40次循環(huán)后,容量保持率僅為45%,說(shuō)明該方法合成的NaV_3O_8納米片在有機(jī)鋰電池體系中低倍率下的循環(huán)穩(wěn)定性能較差;300mA/g電流密度下的初始放電容量達(dá)到了150mAh/g,100次循環(huán)后容量保持率為55%;600mA/g電流密度下的初始放電容量可以達(dá)到138.5mAh/g,100次循環(huán)后容量保持率為62%;1500mA/g電流密度下的初始放電容量可達(dá)到111.3mAh/g,100次循環(huán)后的容量保持率為79%。很明顯該NaV_3O_8納米材料在大倍率下的循環(huán)穩(wěn)定性更好。嘗試通過(guò)高能超聲法對(duì)材料進(jìn)行超薄化處理,改善材料的電化學(xué)性能,并對(duì)比處理前后材料性能的改善情況。超聲處理后在有機(jī)體系中30mA/g電流密度下的初始放電容量為138 mAh/g,對(duì)比超聲前容量有了較大下降。前30次循環(huán)后放電容量為116mAh/g,容量保持率為84%,相比于超聲前54%的容量保持率,有了大幅度提升,循環(huán)穩(wěn)定性較好。但是大倍率下,材料的循環(huán)穩(wěn)定性和放電容量都有了明顯的下降,說(shuō)明超聲處理對(duì)材料的電化學(xué)性能的改進(jìn)有很大的局限性,沒(méi)能從根本上解決材料循環(huán)穩(wěn)定性差的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)比超聲前后材料的形貌改變,從材料結(jié)構(gòu)的改變方面入手,探明超聲處理后材料容量和循環(huán)穩(wěn)定性能改變的原因。
[Abstract]:In recent years, vanadium oxide and vanadate lithium intercalation materials have become the focus of research because of their high specific capacity, low cost and simple synthesis methods. In our country, there is a problem of rich vanadium resources but low comprehensive utilization degree. Therefore, it is necessary to develop vanadium compounds with high specific capacity as a new lithium ion two battery. Electrode materials are of great significance to optimize the effective utilization of vanadium resources in China and promote the rapid economic development. However, at present, there are still some problems in the vanadium series lithium intercalation materials, which are mainly due to poor multiplying performance and low cycling performance. This restricts the commercial application of vanadium based lithium intercalation materials. With a view to the relatively stable structure of vanadate materials, the high performance sodium vanadate was obtained by two new preparation methods. The electrochemical performance and the mechanism of lithium intercalation in the organic lithium ion battery system and the lithium ion battery system in aqueous solution were discussed respectively. The ultrathin treatment of synthetic materials and the electrochemical properties of the processed materials are studied. The main work and results of this paper are as follows: a new type of hydrothermal solid phase sintering two step method was designed, and the dispersed homogeneous NaV_3O_8 nanoscale material was synthesized. Through the study, the NaV_3O_8 nanomaterials were found in the organic lithium ion battery. The first discharge capacity of.300 mA/g current density with a good reversible.300 mA/g current density is 81.6 mAh/g (based on the mass of NaV_3O_8), and the capacity is still 80 mAh/g after the cycle. It shows good cyclic stability and capacity retention. The first discharge capacity of the 300 mA/g current density is 6 when it is used as the negative pole of the lithium ion battery in the water system. 0.4 mAh/g (based on the mass of NaV_3O_8), the capacity is still 60.6 mAh/g after 120 cycles, and the cycle stability and capacity retention are very high. This paper also explored the possibility of synthesizing sodium vanadate with NH_4VO_3 and NaOH? H_2O as raw materials for one step sintering process, and the ultrasonic dispersion method was used to disperse the synthetic materials and to compare and analyze the ultrasound. The electrochemical performance of the front and rear materials is different. The first discharge capacity of the lithium ion battery assembled by this material at 300mA/g current density is 72.7 mAh/g (based on the mass of NaV_3O_8) and.200 secondary cycle, the capacity is 66 mAh/g and the capacity retention rate is up to 91%, which shows the initial discharge of the excellent cyclic stability.600mA/g current density. The capacitance is 70.9 mAh/g, the capacity of the 200 cycle is 53 mAh/g, the capacity retention rate is 75%, the cycle stability is better, but it has a certain decline compared with the cyclic stability under the 300mA/g, which also shows that the ratio of the synthesized material needs to be improved. The NaV_3O_8 nano material is under the 30mA/g current density in the organic lithium battery system. The initial discharge capacity is up to 240 mAh/g, but the capacity retention rate is only 45% after 40 cycles, which indicates that the cyclic stability performance of the NaV_3O_8 nanometers synthesized by this method is poor at low ratio in the organic lithium battery system; the initial discharge capacity under the 300mA/g current density reaches 150mAh/g, and the capacity retention rate is 55% after the 100 cycle, 600mA/g electricity. The initial discharge capacity under the flow density can reach 138.5mAh/g, the capacity retention rate after 100 cycles is 62%, the initial discharge capacity under the 1500mA/g current density can reach 111.3mAh/g. The capacity retention rate of the 100 cycles is 79%., it is obvious that the cyclic stability of the NaV_3O_8 nanomaterial at large ratio is better. The material was treated with ultra thin treatment to improve the electrochemical performance of the material and to improve the performance of the material before and after treatment. The initial discharge capacity of the 30mA/g current density in the organic system was 138 mAh/g after ultrasonic treatment. The capacity of the first 30 cycles was 116mAh/g and the capacity retention rate was 84%. Compared with the capacity retention rate of 54% before ultrasonic, the cycle stability is better, but the cyclic stability and discharge capacity of the material have been obviously reduced under the large ratio. It shows that the improvement of the electrochemical performance of the material is very limited, and it can not solve the problem of poor material circulation stability. By comparing the changes of the morphology of the material before and after the ultrasonic and the change of the material structure, the reasons for the change of the material capacity and the cyclic stability after ultrasonic treatment are explored.
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)沙理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ131.12;O646

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本文編號(hào)：2106543