V2O5電化學(xué)性能優(yōu)化及新型釩酸鹽正極材料探索.pdf

1、本文圍繞微納米結(jié)構(gòu)，按從材料設(shè)計、可控制備與表征、到電化學(xué)性能的研究思路，探索和推進(jìn)釩氧化物和釩酸鹽電極材料向更高層次發(fā)展。文中研究相互連通的V2O5納米棒、V2O5超薄納米片、三維多孔V2O5微粒、三維空心多孔V2O5準(zhǔn)微球、Na0.76V6O15納米棒以及釩酸鐵（Fe5V15O39(OH)9·9H2O）納米片等電極材料的制備、表征與電化學(xué)性能，取得一些有意義的研究結(jié)果：
　　（1）采用一個溫和、節(jié)能的方式（沉淀法結(jié)合熱處理）制

2、備了相互連通的V2O5納米棒，納米棒直徑約20nm，相互保持高度連通。作為鋰電池正極材料，該材料展示了較高的容量保持率（100循環(huán)后達(dá)97.3％）和長的循環(huán)壽命。特別是在高倍率循環(huán)方面，在2.0Ag-1的電流密度下，1000次循環(huán)后容量保持率還能達(dá)到96.36％；對于沒有修飾的五氧化二釩，這可能是目前所達(dá)到的最長的循環(huán)次數(shù)。相互連通的V2O5納米棒優(yōu)異的循環(huán)性能與其穩(wěn)定的電荷轉(zhuǎn)移阻抗有著正相關(guān)性，歸根到底是連通的納米結(jié)構(gòu)和細(xì)小的納米單元

3、相互協(xié)同改善了它們的電化學(xué)性能。這些優(yōu)異的電化學(xué)性能表明相互連通的V2O5納米棒對于長壽命鋰電池是一種很有潛力的正極材料。
　?。?）基于Oswald熟化和超臨界流體效應(yīng)，采用超臨界溶劑熱和后續(xù)熱處理工藝成功制備了V2O5超薄納米片（6nm左右）；電化學(xué)測試表明V2O5超薄納米片電極在高達(dá)10C的高倍率下（2.4-4V），展示了108mAhg-1的高容量和優(yōu)異的循環(huán)性能（200次循環(huán)后容量基本沒有衰減）；高的倍率性能可歸因于其具有

4、短的離子擴散距離和大的電解液接觸面積。
　?。?）基于top-down技術(shù)，采用熱解NH4VO3微米盤和銨釩氧八面體微粒的方法，分別制備了三維多孔的V2O5準(zhǔn)六邊形微米盤和V2O5八面體；當(dāng)作為鋰電池正極材料時，V2O5微米盤展現(xiàn)出了優(yōu)異的倍率性能，在2Ag-1電流密度下，仍保持有110mAh g-1的容量；而V2O5八面體具有良好的循環(huán)性能，500次循環(huán)后容量保持率達(dá)到96.9％。優(yōu)異的電化學(xué)性能顯示了獨特的三維多孔結(jié)構(gòu)V2O5

5、是很有前景的二次鋰電池正極材料。同時，認(rèn)為這種有效的top-pown合成策略可以延伸至其他獨特結(jié)構(gòu)微納米材料的合成。
　?。?）溶劑熱結(jié)合熱處理工藝成功制備了納米片組裝的三維空心多孔V2O5（HP-V2O5），通過調(diào)節(jié)溶劑熱反應(yīng)條件和煅燒溫度可獲得不同形貌的V2O5。HP-V2O5展示出了高的比容量、穩(wěn)定的循環(huán)性及好的倍率性能，在2Ag-1下可獲得173mAh g-1的比容量，這表明HP-V2O5在發(fā)展高功率密度、高能量密度鋰電池

6、方面具有潛力。優(yōu)異的電化學(xué)性能可歸因于三維多孔結(jié)構(gòu)能夠有效地緩解應(yīng)變，并提供短的鋰離子擴散距離和多的活性點位。
　?。?）通過溫和的熱處理工藝合成了Na0.76V6O15納米棒，在0.1A g-1電流密度下，當(dāng)測試電壓區(qū)間選擇在1.5-4.0V時，首次放電容量超過210mAh g-1；并通過優(yōu)化電壓測試區(qū)間（將電壓區(qū)間縮小到2.0-4.0V），成功將容量保持率從26％左右提高到了80％；這表明采用淺充淺放的方式在一定程度上改善了這