本文關(guān)鍵詞：五氧化二釩納米顆粒的制備及其電化學(xué)性能研究

  更多相關(guān)文章： 水熱法 V_2O_5納米顆粒 電化學(xué)性能 銅離子摻雜

【摘要】：V2O5因具有理論容量大、放電平臺(tái)高、合成便捷、低成本等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。但也存在一些弊端,如結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差,電子離子的導(dǎo)電率較低,故在充放電過程中Li+的嵌入／脫出會(huì)導(dǎo)致V2O5層狀結(jié)構(gòu)的坍塌,因此阻礙了它的實(shí)際應(yīng)用。而將材料納米化、金屬陽離子摻雜可以有效地克服V2O5材料的上述缺點(diǎn)。本文制備出了純相的V2O5納米材料和金屬離子摻雜的V2O5納米材料,并對(duì)制備樣品的形貌結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性能進(jìn)行了表征,還考察了金屬離子摻雜量對(duì)材料性能的影響。采用雙組份溶劑水熱法(溶劑由水和醇類組成),合成出了納米棒狀結(jié)構(gòu)的V2O5。以XRD、SEM、 CV和恒流充放電的表征方式對(duì)制備樣品進(jìn)行了性能研究,主要探究水與乙醇的體積比、水熱溫度、填充比、水熱時(shí)間以及不同種類的溶劑對(duì)材料性能的影響,得到了最佳的制備條件,如下所示：水與乙醇的體積比為1：0.5,水熱溫度為180℃,填充比為60%,水熱時(shí)間為24h,最佳的溶劑為乙醇。并且此材料表現(xiàn)出了較好的電化學(xué)性能,有較好的可逆性和倍率性能以及循環(huán)性能,在充放電倍率為0.1c倍率下進(jìn)行充放電測試,其首次放電比容可以達(dá)到250.01mAh/g。通過使用NH4VO3和HCl為原料合成出了納米棒狀結(jié)構(gòu)的V2O5正極材料。以XRD、SEM、CV和恒流充放電的表征方式對(duì)制備樣品進(jìn)行了性能研究,主要探究不同制備條件(如溶液的pH值、水熱溫度、水熱時(shí)間、填充比以及表面活性劑)對(duì)材料性能的影響,得到了最佳的合成條件,最優(yōu)合成條件為：pH值為3,水熱溫度為180℃,水熱時(shí)間為24h以及填充比為70%。同時(shí),實(shí)驗(yàn)表明,表面活性劑的添加可使V2O5材料的電化學(xué)性能進(jìn)一步提高,在充放電倍率為0.5C下進(jìn)行充放電測試,所制備V2O5材料的放電比容量和循環(huán)性能均高于未添加表面活性劑的材料。在以上條件下制得的材料表現(xiàn)出了較好的電化學(xué)性能,有較好的可逆性和倍率性能以及循環(huán)性能,在充放電倍率為0.1C倍率下進(jìn)行充放電測試,其首次放電比容可以達(dá)到245.89mAh/g。對(duì)五氧化二釩進(jìn)行金屬離子摻雜,考察金屬離子摻雜的對(duì)材料電化學(xué)性能的影響。以XRD、SEM、CV和恒流充放電等表征方法對(duì)制備樣品進(jìn)行了性能研究,其結(jié)果表明：金屬離子摻雜可以明顯地提高V2O5材料的電化學(xué)性能,在摻雜量為1：0.03下,得到材料的首次充放電可以高達(dá)350.68mAh/g,其值要高于2個(gè)Li+嵌入時(shí)得到的理論容量,所制備V2O5材料的倍率性能和循環(huán)性能均高于未進(jìn)行離子摻雜的材料。
【關(guān)鍵詞】：水熱法 V_2O_5納米顆粒 電化學(xué)性能 銅離子摻雜
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 文獻(xiàn)綜述13-31
• 1.1 引言13
• 1.2 鋰電的發(fā)展13-15
• 1.3 鋰離子電池的基本工作原理15
• 1.4 鋰離子電池正極材料15-20
• 1.4.1 鈷酸鋰(LiCoO_2)16-17
• 1.4.2 鎳酸鋰(LiNiO_2)17-18
• 1.4.3 錳酸鋰(LiMn_2O_4)18-19
• 1.4.4 磷酸鹽類(LiMPO_4)19-20
• 1.4.5 五氧化二釩(V_2O_5)20
• 1.5 V_2O_5正極材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化20-28
• 1.5.1 納米結(jié)構(gòu)的V_2O_521-24
• 1.5.2 V_2O_5的碳雜化24-27
• 1.5.3 V_2O_5的離子摻雜27-28
• 1.6 本文的研究意義28
• 1.7 本文的研究內(nèi)容28-31
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分31-35
• 2.1 主要實(shí)驗(yàn)儀器及試劑31-32
• 2.1.1 主要實(shí)驗(yàn)儀器31
• 2.1.2 主要實(shí)驗(yàn)試劑31-32
• 2.2 電池的制備32
• 2.2.1 電池正極的制備32
• 2.2.2 電池的組裝32
• 2.3 材料的物理性能分析32-33
• 2.3.1 X射線衍射(XRD)32
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡(SEM)和能譜(EDS)分析32-33
• 2.4 電化學(xué)分析33-35
• 2.4.1 循環(huán)伏安曲線測試33
• 2.4.2 恒電流充放電測試33-35
• 第三章 偏釩酸銨和無水乙醇制備五氧化二釩納米顆粒35-53
• 3.1 前言35
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方法35-36
• 3.3 結(jié)果與討論36-49
• 3.3.1 水與乙醇的體積比對(duì)納米顆粒的影響36-39
• 3.3.2 水熱溫度對(duì)納米顆粒的影響39-42
• 3.3.3 水熱時(shí)間對(duì)納米顆粒的影響42-45
• 3.3.4 填充比比對(duì)納米顆粒的影響45-47
• 3.3.5 不同種類溶劑對(duì)納米顆粒的影響47-49
• 3.4 V_2O_5材料的電化學(xué)性能測試49-51
• 3.5 本章小結(jié)51-53
• 第四章 偏釩酸銨和鹽酸制備五氧化二釩納米顆粒53-73
• 4.1 引言53
• 4.2 制備方法53-54
• 4.3 結(jié)果與討論54-68
• 4.3.1 溶液pH值對(duì)納米顆粒的影響54-57
• 4.3.2 水熱溫度對(duì)納米顆粒的影響57-60
• 4.3.3 水熱時(shí)間對(duì)納米顆粒的影響60-63
• 4.3.4 填充比對(duì)納米顆粒的影響63-66
• 4.3.5 表面活性劑對(duì)納米顆粒的影響66-68
• 4.4 V_2O_5材料的電化學(xué)性能測試68-71
• 4.5 本章小結(jié)71-73
• 第五章 金屬銅離子摻雜對(duì)性能的影響73-81
• 5.1 前言73
• 5.2 制備方法73
• 5.3 結(jié)果與討論73-77
• 5.4 電化學(xué)性能測試77-79
• 5.5 本章小結(jié)79-81
• 第六章 結(jié)論81-83
• 參考文獻(xiàn)83-89
• 致謝89-91
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文91-93
• 作者及導(dǎo)師簡介93-94
• 附件94-95

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