釩化合物-石墨烯復(fù)合電極材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池因具有能量密度高、開(kāi)路電壓大、沒(méi)有記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前最理想的儲(chǔ)能器件之一，被廣泛應(yīng)用于便攜電子設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域。隨著電子器件的小型化需求及電動(dòng)汽車(chē)越來(lái)越高的續(xù)航里程要求，人們對(duì)鋰離子電池的性能提出了越來(lái)越高的要求。由于電極材料對(duì)鋰離子電池的性能有決定性的影響，因而，新型、高性能電極材料的研發(fā)成為當(dāng)前鋰離子電池研究的前沿與熱點(diǎn)。本論文以釩化合物為研究對(duì)象，系統(tǒng)研究了五氧化二釩（V2O5）正極材料和四硫化釩（VS4）負(fù)

2、極材料及其復(fù)合物的制備、表征及電化學(xué)性能，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1．研究了V2O5、V2O5/石墨烯（VG）及V2O5/碳納米管（VCM）的制備及電化學(xué)性能。研究表明：在0.2C的電流密度下，V2O5、VG、VCM三種材料的首次放電比容量分別為140.5mAh g-1、227.5mAh g-1和242.3mAh g-1；經(jīng)過(guò)50次循環(huán)后，純V2O5粉末和VG比容量分別保持在98.8mAh g-1和187.0mAh g-1，這表明

3、石墨烯包覆對(duì)V2O5電化學(xué)性能有顯著的提升；VCM在經(jīng)過(guò)80次循環(huán)后比容量仍保持在223.8mAh g-1，進(jìn)一步提升了材料性能。在10C下進(jìn)行倍率測(cè)試時(shí)，純V2O5粉末、VG及VCM放電比容量分別為5.1、75.2及109.3 mAh g-1。與純V2O5顆粒相比，VG表面包覆的石墨烯可以改善電極的導(dǎo)電性，為鋰離子和電子的遷移提供路徑使其有效傳輸。相對(duì)VG，VCM表面多孔微球結(jié)構(gòu)更有利于電解液滲透到整個(gè)結(jié)構(gòu)中，以保證活性物質(zhì)和電解液的

4、充分接觸。故VCM擁有更優(yōu)秀的電化學(xué)性能。
　　2．研究了V2O5微球（VM）及V2O5微球/石墨烯粉末（VMG）正極材料的制備與電化學(xué)性能。研究表明：在0.2C下，VM首次放電比容量為243.6mAh g-1，在50次循環(huán)后，比容量仍保持在198.4mAh g-1，VMG首次放電比容量為256.7mAh g-1，在50次循環(huán)后，比容量仍保持在227.2mAh g-1。在5C、10C以及20C下VM的放電比容量分別為115.0、2

5、6.8和14.6mAh g-1，而VMG則達(dá)到191.6、156.2和117.1mAh g-1。與V2O5顆粒相比，VM是由納米顆粒組成的微球結(jié)構(gòu)，表面凹凸不平，擁有更大的比表面積，能增大電解液與活性物質(zhì)的接觸面積。VMG除了以上優(yōu)點(diǎn)，在水熱過(guò)程中氧化石墨烯（GO）上眾多含氧官能團(tuán)作為成核點(diǎn)，減小了顆粒尺寸并使其分布均勻，在電化學(xué)反應(yīng)期間可以提供更多的活性位點(diǎn)，以改善其可逆容量，增強(qiáng)性能。同時(shí)VMG被石墨烯層包覆，電極材料的導(dǎo)電性得到增

6、加并防止V2O5微球團(tuán)聚，同時(shí)進(jìn)一步抑制了V2O5的體積變化，進(jìn)一步增強(qiáng)其電化學(xué)性能。
　　3．通過(guò)水熱制備了二硫化釩（VS2）、VS4/石墨烯（VSG）及三維VS4/石墨烯（3DVG）并研究了其電化學(xué)性能，在水熱過(guò)程中，GO被還原為還原氧化石墨烯（rGO）同時(shí)制備出VS4。研究表明：在200mA g-1的電流密度下，經(jīng)過(guò)50次循環(huán)后，VS2、VSG、3DVG三種材料的放電比容量分別為74.7、502.4和985.1mAh g-1