鋰電池正極材料釩酸銨的制備及其性能研究.pdf

1、具有層狀結(jié)構(gòu)的釩酸銨（如 NH4V3O8、NH4V4O10）因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，不僅可以作為正極材料用于鋰離子電池，還可用于超級(jí)電容器、氣敏原件及催化領(lǐng)域，具有廣闊的研究前景。由于 VO3-的水解和縮聚過程與溶液 pH值、溫度等條件息息相關(guān)，制備工藝與合成條件對(duì)釩酸銨的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能影響很大。本論文采用多種合成方法來對(duì) NH4V3O8和(NH4)2V10O25·8H2O進(jìn)行調(diào)控，借助 XRD、SEM、TEM等表征手段對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征測(cè)試，

2、并通過恒流充放電、CV和 EIS等電化學(xué)方法對(duì)各樣品進(jìn)行性能測(cè)試，研究合成工藝對(duì)其結(jié)構(gòu)及性能的影響。
　　采用微波水熱法可控合成了四種結(jié)構(gòu)（如花球狀、納米帶、納米棒、片狀） NH4V3O8微納米材料。當(dāng) pH值、溫度、NH4VO3濃度及反應(yīng)時(shí)間改變時(shí)，可得到不同結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的 NH4V3O8。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：pH為3~6、濃度為0.1~0.2mol·L-1、120~200℃微波水熱反應(yīng)60~120min均可得到純相的 NH4V3O8

3、。NH4V3O8材料的最佳微波水熱合成條件為：pH=3、c=0.1mol·L-1、T=150℃、t=60min，該條件下所得 NH4V3O8納米帶尺寸均勻、分散性好、長(zhǎng)徑比大，在15mA·g-1的首次放電容量為332mAh·g-1，經(jīng)20次循環(huán)后容量仍為296mAh·g-1。在60、120、240、300mA·g-1，其容量分別為279、248、217和189mAh·g-1。
　　通過水浴法在70~90℃得到了純相的 NH4V3O

4、8， pH值對(duì)產(chǎn)物NH4V3O8的結(jié)構(gòu)及性能有顯著影響。pH為3、90℃水浴2h所得納米棒狀 NH4V3O8的電化學(xué)性能在水浴法所得樣品中最好，其15mA·g-1的初始放電容量為245mAh·g-1，經(jīng)20次循環(huán)后容量仍為235mAh·g-1（約占最高容量的96％）。該樣品在60、120、240、300mA·g-1的容量分別為234、179、156、129mA·g-1，其性能雖然比不上微波水熱法所得NH4V3O8納米帶，但明顯優(yōu)于共沉淀

5、法制備的 NH4V3O8材料。溶劑種類也會(huì)影響產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，當(dāng)在體系中加入乙醇后， NH4V3O8的形貌由團(tuán)聚嚴(yán)重的納米棒變?yōu)榧{米棒自組裝的花球狀；加入乙二醇后，產(chǎn)物變?yōu)榧{米棒自組裝的海膽狀(NH4)2V10O25·8H2O。
　　為了改善 NH4V3O8的結(jié)構(gòu)和性能，我們采用微波輻射法合成NH4V3O8。微波可降低 NH4V3O8的生成溫度，通過微波輻射在65℃即可獲得 NH4V3O8。比較65~90℃所得四個(gè)樣品可知：隨著溫度升

6、高，產(chǎn)物 NH4V3O8的結(jié)晶性增強(qiáng)、尺寸增大，性能也發(fā)生明顯變化，65℃所得 NH4V3O8納米片性能最好，在15、30、120、240和300mA·g-1其容量分別為255、242、221、208和196mAh·g-1，優(yōu)于水浴法所得納米棒狀 NH4V3O8的性能。
　　以水和乙二醇的混合溶液為溶劑，采用水浴法制備了(NH4)2V10O25·8H2O材料。溶液 pH值及乙二醇加入量對(duì)產(chǎn)物(NH4)2V10O25·8H2O的形貌