LiV3O8、V2O5鋰離子電池正極材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、近年來，全球變暖、霧霾等惡劣的環(huán)境變化已經(jīng)使人們強(qiáng)烈的意識(shí)到環(huán)境危機(jī)的嚴(yán)重性和清潔能源的必要性。因此，在眾多清潔能源（太陽能、風(fēng)能等）中，鋰離子電池憑借其穩(wěn)定的電化學(xué)性能、安全性、輕質(zhì)及靈活設(shè)計(jì)性，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)車及大型電網(wǎng)等儲(chǔ)能系統(tǒng)中。
　　作為鋰離子電池正極材料，釩系（如LiV3O8、V2O5、NH4V3O8等）材料憑借其典型的層狀結(jié)構(gòu)，不僅可以應(yīng)用于鋰離子電池，也能夠應(yīng)用于超級(jí)電容器、催化等領(lǐng)域，具有

2、廣泛的應(yīng)用前景。由于電極材料的制備工藝會(huì)影響其結(jié)構(gòu)、尺寸及形貌，進(jìn)而影響其電化學(xué)性能。因此，本論文通過調(diào)控不同工藝因素制備形貌可控的LiV3O8及V2O5，通過X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)探究其物相、尺寸及形貌的關(guān)系;通過恒流充放電、循環(huán)伏安曲線(CV)及阻抗測(cè)試(EIS)探究其電化學(xué)性能。
　　(1)采用溶膠-凝膠法制備LiV3O8，探究不同熱處理溫度、熱處理時(shí)間、不同的模板劑對(duì)產(chǎn)物物相、形貌及電化學(xué)性能的影響。發(fā)現(xiàn)

3、提高熱處理溫度產(chǎn)物的結(jié)晶性增強(qiáng)、尺寸增加，產(chǎn)物由分散的顆粒狀生長(zhǎng)為板狀;延長(zhǎng)熱處理時(shí)間產(chǎn)物的尺寸增加，并逐漸出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象。當(dāng)以草酸為絡(luò)合劑，鋰釩物質(zhì)的量之比為1.2∶3.0時(shí)，經(jīng)過400℃熱處理2h，制備出厚度約為100nm片狀結(jié)構(gòu)的LiV3O8。在30 mAg-1電流密度下，可逆放電比容量為237.5mAhg-1，50次循環(huán)后容量為162.9 mAh g-1。
　　(2)采用油浴法制備V2O5，以去離子水為溶劑，NH4VO3為反

4、應(yīng)原料。通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)物形貌的控制，分別制備出三維花球狀、花球和片狀自組裝花瓣?duì)畹幕旌舷嗉拔⒚灼瑺畹腣2O5。其中，調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH為3.0，90℃油浴反應(yīng)2h后，經(jīng)450℃熱處理2h制備的微米片狀V2O5。在1C條件下，可逆放電比容量為162.4mAhg-1，經(jīng)50次循環(huán)后放電比容量可達(dá)159.2mAhg-1，容量保持率為98.0％。
　　(3)為進(jìn)一步提高V2O5的放電比容量和倍率性能。采用有機(jī)醇輔助油浴法，制備

5、納米棒自組裝海膽微球結(jié)構(gòu)的V2O5;并通過研究前驅(qū)體的物相、形貌，推測(cè)海膽結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理。實(shí)驗(yàn)表明:通過控制反應(yīng)溶液的濃度，有機(jī)醇的種類及熱處理工藝，能夠調(diào)控海膽球的尺寸、疏密程度及自組裝納米棒的直徑。其中，以去離子水為溶劑，加入等體積的乙二醇，調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液的pH至2.0，經(jīng)350℃熱處理2h制備出結(jié)構(gòu)疏松的海膽狀V2O5。在1C條件下，可逆容量為231.6 mAh g-1，50次循環(huán)后容量保持率約94.4％(218.6mAhg-1)。