過渡金屬釩氧基電極材料的合成及電化學(xué)性能研究.pdf

1、近年來，隨著全球信息業(yè)的迅速發(fā)展，移動(dòng)通信、筆記本電腦等各種小型便攜式電子設(shè)備對電池的需求量迅速增加；其中，鋰電池以其高的能量密度以及設(shè)計(jì)的靈活多樣性等優(yōu)勢而成為人們的首選。鋰電池的性能很大程度上決定于其正極材料，因而進(jìn)一步提高鋰電池正極材料的性能對于提高電池的綜合性能有著重要的意義。過渡金屬釩氧基材料由于具有獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)以及良好的動(dòng)力學(xué)性能，在鋰一次電池以及鋰二次電池中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，近年來逐漸引起了人們的關(guān)注。 作為高

2、能化學(xué)電源的核心部分，電極材料的大小，結(jié)構(gòu)與表面形貌將顯著影響著電池的能量密度、安全性能以及循環(huán)壽命等性能。納米材料由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征，使得它具有與塊狀材料明顯不同的物理與化學(xué)性質(zhì)。另一方而，電極材料是高能化學(xué)電源和納米技術(shù)快速發(fā)展的交叉領(lǐng)域，其合成、表征與性能研究有重要的意義。因而，將納米電極材料應(yīng)用于鋰電池中，將是提高現(xiàn)有電池的綜合性能的一種有效的方式。目前，關(guān)于納米級(jí)過渡金屬釩氧基電極材料研究方面的報(bào)道還較少。 本論文總

3、結(jié)了鋰電池以及鋰電池正極材料的研究進(jìn)展，并開展了一維納米過渡金屬釩氧基電極材料的合成、表征及其作為鋰電池正極材料應(yīng)用方面的基礎(chǔ)研究。利用X射線衍射(XRD)，掃描電子顯微鏡(SEM)，透射電子顯微鏡(TEM)和高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)等技術(shù)對電極材料的微觀結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了分析，采用恒電流充放電、循環(huán)伏安(CV)和電化學(xué)阻抗譜(ElS)等技術(shù)測試其電化學(xué)性能。并就材料結(jié)構(gòu)、粒徑大小對材料電化學(xué)性能的影響做了初步的探討。

4、主要內(nèi)容如下： (1)采用水熱技術(shù)合成出了Ag<,2>V<,4>O<,11>納米線。分析Ag<,2>V<,4>O<,11>米線的形成過程顯示：Ag<,2>V<,4>O<,11>一維結(jié)構(gòu)的形成足一個(gè)品粒不斷生長、熟化的過程。電化學(xué)性能測試結(jié)果表明：Ag<,2>V<,4>O<,11>納米線作為鋰電池正極材料具有比商業(yè)的Ag<,2>V<,4>O<,11>材料更高的放電比容量和高倍率放電性能。以2 mA g<'-1>的電流密度放電，其放

5、電比容量可達(dá) 366 mAh g<'-1>，比商業(yè)Ag<,2>V<,4>O<,11>電極提高了16％。Ag<,2>V<,4>O<,11>一維納米電極材料良好的電化學(xué)性能源于納米材料結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，納米線的高比表面積和相對較短的鋰離子固態(tài)擴(kuò)散路徑，有效地改善了其固態(tài)擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)，并有效地增大了活性物質(zhì)與電極間的接觸，減小了電池內(nèi)阻，從而顯著地提高了其電化學(xué)性能。 (2)采用水熱技術(shù)合成出了α-AgVO<,3>微米棒和β-AgVO<,3

6、>納米線。通過改變反應(yīng)時(shí)間、體系pH值等反應(yīng)條件實(shí)現(xiàn)了對AgVO<,3>一維納米/微米結(jié)構(gòu)材料的可控制備，通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步提出了 AgVO<,3>一維納米/微米結(jié)構(gòu)材料“熟化一分裂”過程的生長機(jī)理。電化學(xué)性能的測試顯示：α-AgVO<,3>微米棒與β-AgVO<,3>納米線作為鋰電池正極材料均具有較高的放電比容量和穩(wěn)定的放電性能，特別是β-AgVO<,3>納米線作為鋰電池正極材料具有比Ag<,2>V<,4>O<,11>和α-AgVO<,3