釩系氧化物微納結(jié)構(gòu)的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、作為一種清潔可靠的儲(chǔ)能技術(shù)，鋰離子電池在眾多領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。隨著各種用電設(shè)備的發(fā)展，對(duì)鋰離子電池的倍率性能及能量密度提出了更高的要求。因此，尋找能夠提供高能量密度的電極材料仍十分關(guān)鍵。由于金屬釩特有的電子結(jié)構(gòu)，釩系氧化物有著豐富的氧化態(tài)，能夠與氧形成各種不同的配位多面體結(jié)構(gòu)和組合形式，為通過調(diào)節(jié)釩系氧化物的晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)相關(guān)性質(zhì)調(diào)控提供了可能。因此，釩系氧化物近年來受到了人們廣泛的關(guān)注和深入的研究，尤其是其在能源相關(guān)領(lǐng)域

2、的應(yīng)用，如鋰離子電池和超級(jí)電容器等。而尋找能夠應(yīng)用于上述方面的新型釩系氧化物也是目前人們研究的熱點(diǎn)之一。
　　本論文以釩系氧化物為研究對(duì)象，通過簡單的固相及液相反應(yīng)對(duì)釩系氧化物的微納結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，并考查所獲得的釩系氧化物在鋰離子電池中的電化學(xué)性能。通過不同表征手段，在了解所得釩系氧化物的微納結(jié)構(gòu)及表面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合電化學(xué)手段，對(duì)釩系氧化物微納結(jié)構(gòu)與電池性能的結(jié)構(gòu)-性能相關(guān)性進(jìn)行初步探討。具體內(nèi)容如下:
　　(1)通過溶劑

3、熱結(jié)合高溫煅燒的方法合成了V2O5微米花狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由相互分立的納米薄片組成。經(jīng)過電化學(xué)測試，該結(jié)構(gòu)在高電流密度下展示了優(yōu)異的循環(huán)性能，在1Ag-1的電流密度下循環(huán)1500圈，容量高達(dá)104mAh g-1;即使電流密度提高到2Ag-1，經(jīng)過3000次循環(huán)之后，容量仍可保持在80mAh g-1以上，衰減極低，為目前文獻(xiàn)報(bào)道中單一組分V2O5循環(huán)壽命最長的結(jié)果。通過循環(huán)伏安法結(jié)合交流阻抗譜的測試與分析，該結(jié)構(gòu)與以往所報(bào)道的V2O5儲(chǔ)鋰機(jī)制

4、有所不同，其在充放電過程中所表現(xiàn)出的電化學(xué)行為有一定電容行為的貢獻(xiàn)，因此該結(jié)構(gòu)的高倍率循環(huán)性能十分優(yōu)異。
　　(2)通過在真空條件下高溫加熱的方法，對(duì)固相法得到的Li3VO4粉末進(jìn)行處理，得到了內(nèi)部為結(jié)晶態(tài)，外部為無定形層的Li3VO4-δ，結(jié)構(gòu)測試表明無定形層中含有V4+和氧空位缺陷。詳細(xì)考查了二者的電化學(xué)性能，我們發(fā)現(xiàn)，較之于Li3VO4，Li3VO4-δ的可逆容量及首次充放電的庫倫效率均有明顯的提高。其指標(biāo)上的改善可歸因于無

5、定形層中的空位缺陷促進(jìn)了Li3VO4-δ中鋰離子傳輸?shù)膭?dòng)力學(xué)。該方法簡單易行，未對(duì)Li3VO4的形貌和尺寸進(jìn)行任何調(diào)控，也未對(duì)Li3VO4進(jìn)行任何碳材料的包覆，避免了碳材料或其他物質(zhì)的引入帶來的負(fù)面影響，為Li3VO4的改性提供一條新的思路和途經(jīng)。
　　(3)通過溶劑熱與高溫煅燒相結(jié)合的方法得到了具有介孔結(jié)構(gòu)的Li3VO4多孔納米顆粒。經(jīng)過電化學(xué)測試表明，納米尺寸、多孔結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)有利于提高Li3VO4的電化學(xué)性能。該結(jié)構(gòu)在高電流密

6、度下展示了優(yōu)異的循環(huán)性能，在1 Ag-1的電流密度下循環(huán)800圈，容量達(dá)302mAh g-1;電流密度提高到2Ag-1，經(jīng)過1000次循環(huán)之后，容量仍可保持在209mAh g-1以上。通過對(duì)Li3VO4多孔納米顆粒進(jìn)行循環(huán)伏安法測試，我們對(duì)其峰值電流等參數(shù)與電壓掃描速率進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明Li3VO4多孔納米顆粒的電化學(xué)行為，近似于有機(jī)電解液中的贗電容行為，因而大倍率性能優(yōu)異。這為進(jìn)一步研究Li3VO4的儲(chǔ)鋰機(jī)制及其性能的提升提供一