納米結(jié)構(gòu)釩酸鈉電極活性材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、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

2、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NaV3O8納米片材料。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)。NaV3O8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。

3、300 mA/g電流密度下首次放電容量為81.6 mAh/g（基于NaV3O8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NaV3O8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 NH4VO3和 NaOH?H2O為原料一步燒結(jié)法合

4、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300 mA/g電流密度下首次放電容量為72.7 mAh/g（基于NaV3O8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

5、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NaV3O8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NaV3O8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150 mAh/g，100次循環(huán)后容量保持率為55%；60

6、0mA/g電流密度下的初始放電容量可以達(dá)到138.5 mAh/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NaV3O8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 mA