过渡金属钒氧化物的制备及其电化学性能

发布时间：2020-05-21 15:50

【摘要】：目前锂离子电池在电子设备和电动汽车方面占据着十分重要的地位,为了突破传统商业化负极材料较低的理论容量对锂离子电池性能的限制,储能器件对高倍率和长循环寿命的新型锂离子电池负极材料提出了更高的要求。过渡金属氧化物负极材料由于能够发生多电子转移反应以提供较高的容量,而受到越来越多的关注。相对于二元过渡金属氧化物,三元过渡金属氧化物负极材料中的两种金属在电化学过程中具有界面和协同效应,在一定程度上表现出更好的循环稳定性。但三元过渡金属氧化物的电化学性能仍然受到其较低的电子电导率和较大的体积膨胀的制约。纳米技术和纳米材料的出现对这一问题提供了一种有效的优化途径,极大地推动了高功率和高能量密度的能源存储和转化器件的发展。针对过渡金属钒氧化物体积膨胀严重、电子电导率低的问题,本文提出了两种纳米结构合成方法制备了三元过渡金属钒氧化物纳米材料并作为锂离子电池负极材料,探索了合成条件对材料晶体结构和电化学性能的影响。主要的研究内容和成果如下:(1)采用简易的液相法制备了比表面积高达43.8 m~2/g的纳米片组成的Zn_3V_2O_7(OH)_2·2H_2O微米花。XRD和SEM结果表明,基于奥斯特瓦尔德熟化机制,乙二醇的加入很好地限制了晶体成核生长速率,提高了材料的结晶度。在锂离子电池中,Zn_3V_2O_7(OH)_2·2H_2O微米花负极材料表现出良好的电化学活性:在200 mA/g的电流密度下循环120圈后,容量仍可以保持为1287 mAh/g;在5 A/g的电流密度下容量可以达到501 mAh/g,表现出良好的倍率性能;在10 A/g的电流密度下循环400圈后,容量保持为272 mAh/g。这些结果表明高结晶度和纳米片结构有利于Zn_3V_2O_7(OH)_2·2H_2O负极材料电化学性能的提高。通过XPS和XRD,我们研究了Zn_3V_2O_7(OH)_2·2H_2O的嵌脱锂机制,包括嵌入、合金化、转化三种反应机制。电极材料经循环后,纳米片转变为纳米颗粒,而有利于锂离子的传输,提供了丰富的活性位点。(2)通过水热法结合固相烧结合成了无定型钒酸铁负极材料。过渡金属离子吸附到氧化石墨烯的含氧官能团上成核生长,水热生成超小的钒酸铁前驱体纳米颗粒。氧化石墨烯有效地降低了合成过程中纳米材料的表面能。前驱体在空气气氛中烧结除去石墨烯后得到无定型钒酸铁纳米颗粒,其尺寸为40-50纳米。这种无定型钒酸铁纳米颗粒在5 A/g的电流密度下循环1600圈后,容量高达483mAh/g。更重要的是,其首圈库伦效率可以达到83%。这主要归因于这种方法合成的钒酸铁表面缺陷少,减少了不可逆的副反应。
【图文】：

的质量能量密度和体积能量密度的对比图电池，锂离子电池，聚合物电池，锂金属种新型的能源转化存储器件，可以实现电离子电池于上世纪 90 年代在日本研制成功极为碳，之后索尼公司实现了锂离子电池的池以其较高的能量和功率密度、长寿命等优域占据了大量的市场份额。2017 年 3 月，电池产业发展行动方案”，提出到 2020 年 Wh/kg，到 2025 年超过 500 Wh/kg 的发展料的平均比能量只有 115Wh/kg，远达不容量和电压平台决定的，，锂离子电池的能台有关。因此要提高电池的能量密度，需要，同时匹配正负极以提高电池开路电压。子电池的构造和工作原理。锂离子电池的

离子电池的物理构造和原理，（b）电池工化曲线，左图为充电过程，右图为放电过电池内部都是由一定数量的电芯组成。根电芯形成模组，加上控制电路系统、热管理电池包。图 1-3 显示了三种典型的商业化组装工艺和形状，分为圆柱形电芯，方形电芯池就由七千余节 18650 型圆柱状电芯组成毫米，长度为 65 毫米的圆柱型电芯。为提高成组费用，目前工业界正在开发和生产更形电芯能够根据不同的应用要求，设计成不同的应用环境。软包电芯，又可以称为聚合上，具有较好的安全性，不会像金属外壳电具有更小的内阻和更高的容量，因此也逐
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM912;TB383.1

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 杨辉;;锂钒氧化物的掺杂改性研究[J];新疆有色金属;2013年03期

2 崔朝军;吴广明;张明霞;孙娟萍;杨辉宇;沈军;;锂钒氧化物纳米管的合成与表征[J];无机材料学报;2009年04期

3 刘古,何丕模,季振国;V(100)面硫、氧偏析特性[J];真空科学与技术;1988年02期

4 王功厚,陈延民,朱元凯;碳热还原钒氧化物反应体系的研究——制取碳化钒(V_2C)反应平衡组成的计算[J];钢铁钒钛;1989年02期

5 杨辉;;锂钒氧化物作为锂离子电池正极材料的电化学[J];新疆有色金属;2013年06期

6 吴阳;叶兆宝;陈前火;童庆松;连锦明;;层状锂锰钒氧化物的合成与电化学性能研究[J];福建师范大学学报(自然科学版);2006年02期

7 闫超杰;陈树军;赵晓杰;李福民;吕庆;;高炉炉渣中钒氧化物还原的试验研究[J];上海金属;2017年04期

8 童庆松;刘永梅;施继成;连锦明;;掺氟锂钒氧化物的电化学性能[J];应用化学;2006年07期

9 顾军;李娟;;F-掺杂锂钒氧化物的合成及其电化学性能[J];电源技术;2009年03期

10 闫超杰;陈树军;赵晓杰;李福民;吕庆;;高炉炉渣中钒氧化物还原的试验研究[J];上海金属;2017年06期

相关会议论文 前10条

1 张良苗;罗宏杰;高彦峰;;利用原位粉末X-射线衍射技术研究钒氧化物水热制备机理[A];第十八届中国高压科学学术会议缩编文集[C];2016年

2 严嘉荣;谢兵;王永红;曾小义;黄青云;;高炉块状带区钒氧化物的还原机理[A];2012年全国冶金物理化学学术会议专辑（下册）[C];2012年

3 朱佳;;CeO_2(111)表面负载低核钒氧化物团簇的构型和电子结构[A];中国化学会第十二届全国量子化学会议论文摘要集[C];2014年

4 童庆松;成月;施继成;刘永梅;郑立群;程林;;改性锂钒氧化物的电化学性能研究[A];第二十七届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2006年

5 王学进;费允杰;熊艳云;冯克安;;钒氧化物薄膜的拉曼散射[A];第十一届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2001年

6 周灵德;陈求索;余海湖;;钒氧化物干凝胶薄膜的制备及其湿度敏感性质研究[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集（第二卷）[C];2011年

7 冯怡;任铁真;廖志威;阿古拉;袁忠勇;;一维钒氧化物对丙烷氧化脱氢制丙烯的催化性能研究[A];第十四届全国催化学术会议论文集[C];2008年

8 童庆松;刘永梅;吴俊莉;连锦明;;掺氟锂钒氧化物的电化学性能研究(英文)[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（上集）[C];2005年

9 张岩;丁迅雷;廖珩璐;王雅雅;陈一鸣;何圣贵;;基于钒氧化物团簇担载金上的H_2氧化反应研究[A];第十三届全国量子化学会议论文集——第一分会：电子结构理论与计算方法[C];2017年

10 陈文;麦立强;祁琰媛;余华;彭俊锋;朱泉\

本文编号：2674532