本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池負極材料釩酸鈷的制備及其電化學(xué)性能研究

  更多相關(guān)文章： 鋰離子電池 釩酸鈷 分級結(jié)構(gòu) 容量自恢復(fù) 界面儲鋰

【摘要】：近年來,釩酸鹽因其多變的晶體結(jié)構(gòu)、多金屬間的協(xié)同效應(yīng)及界面效等特性而倍受關(guān)注。作為鋰離子電池負極材料,釩酸鹽表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學(xué)活性。本文以釩酸鈷為研究對象,采用不同的合成方法制備了不同形貌和組成的釩酸鈷化合物,通過多種測試手段對其組成和微觀結(jié)構(gòu)進行了研究,同時對其電化學(xué)性能和機理進行分析和探討,探索材料結(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在規(guī)律。首先采用水熱法制備了鉛筆頭狀的多鈷釩酸鹽,并對其晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成及表面價態(tài)等進行了研究,結(jié)果表明所合成的化合物的化學(xué)式為Co_7V_4O_(16)(OH)_2(H_2O),研究了p H值、合成溫度、合成時間、反應(yīng)物濃度等工藝條件對樣品形貌和尺寸的影響,研究發(fā)現(xiàn)反應(yīng)物濃度對產(chǎn)物的晶體形貌影響較大。將鉛筆頭狀Co_7V_4O_(16)(OH)_2(H_2O)作為鋰離子電池負極材料進行電化學(xué)測試,研究發(fā)現(xiàn)在1000 mA g~(-1)電流密度下循環(huán)300次循環(huán)之后,容量仍能保持在252 mA h g~(-1)左右。在此基礎(chǔ)上,通過調(diào)控水熱溫度得到了不同尺寸的Co_7V_4O_(16)(OH)_2(H_2O)前驅(qū)體,經(jīng)過熱處理后,得到了不同尺寸的具有三維分級結(jié)構(gòu)的Co_3V_2O_8化合物。研究了前驅(qū)體尺寸對樣品結(jié)構(gòu)、形貌及鋰離子充放電性能的影響。結(jié)果表明,1μm尺寸的前驅(qū)體熱處理后得到的顆粒不僅保留了鉛筆頭形貌,還形成了由小顆粒有序堆積而成的三維分級結(jié)構(gòu),顆粒內(nèi)部疏松多孔,這種結(jié)構(gòu)有利于鋰離子的嵌入和脫出。充放電性能測試結(jié)果表明,在500 mA g~(-1)電流密度下循環(huán)300次循環(huán)之后其放電比容量可達680 mA h g~(-1)。采用水浴法制備了六方Co_2V_2O_7·3.3H_2O納米片前驅(qū)體,熱處理后得到了多孔六方Co_3V_2O_8納米片。研究了不同燒結(jié)溫度對樣品形貌和電化學(xué)性能的影響。BET分析表明450 o C合成的樣品比表面積可達14.17 m2 g~(-1)。充放電測試表明在1000 mA g~(-1)電流密度下其容量先下降后逐漸上升,并在750次循環(huán)后穩(wěn)定在1900 mA h g~(-1)。利用不同掃速下的CV測試、EIS測試、HRTEM等手段對其容量上升現(xiàn)象進行了分析,提出“電化學(xué)重建引起的界面儲鋰”機制。研究發(fā)現(xiàn)多孔六方Co_3V_2O_8納米片在充放電過程中由單片變成多層片,同時其孔隙率和界面增加,從而暴露了更多的活性位點,為電容式容量存儲提供了更多的儲鋰空間。此外,在鋰離子嵌入/脫出過程中,形成的Co O與Lix V2O5無定形陣列間的界面逐漸增多,界面儲鋰容量增大。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 釩酸鈷 分級結(jié)構(gòu) 容量自恢復(fù) 界面儲鋰
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912;TQ138.12
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-11
• 1.2 鋰離子電池發(fā)展簡史11-12
• 1.3 鋰離子電池工作原理12
• 1.4 鋰離子電池電極材料的發(fā)展12-22
• 1.4.1 碳負極材料14-16
• 1.4.2 Li_4Ti_5O_(12)負極材料16
• 1.4.3 硅基負極材料16-17
• 1.4.4 錫基負極材料17-18
• 1.4.5 過渡金屬氧化物負極材料18-22
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容22-23
• 第2章 實驗材料及測試方法23-27
• 2.1 實驗儀器和原料23-24
• 2.1.1 實驗原料23
• 2.1.2 實驗儀器23-24
• 2.2 材料制備方法24
• 2.2.1 水熱/溶劑熱法24
• 2.2.2 沉淀法24
• 2.3 實驗電池組裝24-25
• 2.3.1 電極的制備24
• 2.3.2 半電池的組裝24-25
• 2.4 電極材料的表征25-26
• 2.4.1 X射線衍射（XRD）25
• 2.4.2 場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）及能譜（EDS）25
• 2.4.3 透射電子顯微鏡（TEM）25
• 2.4.4 X射線光電子能譜（XPS）25
• 2.4.5 熱重分析和差熱分析（TG-DTA）25-26
• 2.4.6 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜分析（ICP-AES）26
• 2.4.7 BET比表面分析（BET）26
• 2.5 電極材料的電化學(xué)性能測試26-27
• 2.5.1 恒流充放電測試26
• 2.5.2 循環(huán)伏安測試26
• 2.5.3 電化學(xué)阻抗測試26-27
• 第3章 Co_7V_4O_(16)(OH)_2(H_2O)的制備及電化學(xué)性能研究27-41
• 3.1 引言27
• 3.2 樣品的制備27-28
• 3.3 水熱工藝探究28-32
• 3.3.1 水熱條件影響因素探究28-30
• 3.3.2 水熱原料組成對產(chǎn)物的影響30-32
• 3.4 鉛筆頭狀Co_7V_4O_(16)(OH)_2(H_2O)的結(jié)構(gòu)與形貌分析32-34
• 3.4.1 X-射線衍射結(jié)構(gòu)表征32
• 3.4.2 透射電子顯微分析32-33
• 3.4.3 X-射線光電子能譜分析33-34
• 3.5 鉛筆頭Co_7V_4O_(16)(OH)_2(H_2O)的電化學(xué)性能34-40
• 3.5.1 循環(huán)性能測試34-36
• 3.5.2 倍率性能測試36-37
• 3.5.3 循環(huán)伏安測試37-38
• 3.5.4 交流阻抗分析38-40
• 3.6 本章小結(jié)40-41
• 第4章 不同尺寸 3D分級結(jié)構(gòu)Co_3V_2O_8的制備及其電化學(xué)性能研究41-53
• 4.1 引言41
• 4.2 樣品的制備41-42
• 4.3 燒結(jié)溫度工藝探究42-44
• 4.3.1 TG-DTA熱分析42-43
• 4.3.2 X-射線衍射結(jié)構(gòu)表征43-44
• 4.3.3 掃描電子顯微分析44
• 4.4 不同尺寸 3D分級結(jié)構(gòu)Co_3V_2O_8的結(jié)構(gòu)與形貌分析44-48
• 4.4.1 掃描電子顯微分析44-45
• 4.4.2 透射電子顯微分析45-46
• 4.4.3 X-射線光電子能譜分析46-47
• 4.4.4 BET比表面積分析47-48
• 4.5 不同尺寸 3D分級結(jié)構(gòu)Co_3V_2O_8的電化學(xué)性能48-52
• 4.5.1 循環(huán)性能測試48
• 4.5.2 倍率性能測試48-49
• 4.5.3 循環(huán)伏安測試49-50
• 4.5.4 性能影響因素探究50-52
• 4.6 本章小結(jié)52-53
• 第5章 介孔六方納米片狀Co_3V_2O_8的制備及其電化學(xué)性能研究53-70
• 5.1 引言53
• 5.2 樣品的制備53-54
• 5.3 介孔六方納米片狀Co_3V_2O_8的結(jié)構(gòu)與形貌分析54-59
• 5.3.1 X-射線衍射結(jié)構(gòu)表征54-55
• 5.3.2 掃描電子顯微分析55-57
• 5.3.3 透射電子顯微分析57
• 5.3.4 BET比表面積分析57-58
• 5.3.5 X-射線光電子能譜分析58-59
• 5.4 介孔六方納米片狀Co_3V_2O_8的電化學(xué)性能59-63
• 5.4.1 循環(huán)性能測試59-61
• 5.4.2 倍率性能測試61-62
• 5.4.3 循環(huán)伏安測試62-63
• 5.5 容量自恢復(fù)機理探究63-68
• 5.5.1 電化學(xué)測試分析63-66
• 5.5.2 形貌演變的透射顯微分析66-67
• 5.5.3 自恢復(fù)機理67-68
• 5.6 本章小結(jié)68-70
• 結(jié)論70-71
• 參考文獻71-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果77-79
• 致謝79

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