新型多元钒基锂离子电池负极材料的储锂机理及电化学性能研究

发布时间：2017-11-07 04:27

  本文关键词：新型多元钒基锂离子电池负极材料的储锂机理及电化学性能研究

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【摘要】：新型多元钒基负极材料具有成本低廉、原料丰富、理论容量高等优点,在锂离子电池中具有潜在的应用价值,受到了广泛的关注。然而此类材料的储锂机理比较复杂,尚需进一步研究。另外,此类材料电化学性能不够理想,有待进一步优化。本论文旨在探索新型多元钒基负极材料的制备及储锂机理,研究影响材料储锂容量及循环性能的关键因素,并通过有效手段提升其电化学性能。主要内容和结果如下:(1)通过简单方法制备了CoV2O6材料。充、放电机理研究表明:放电过程中,CoV2O6首先转变为LiV2O5和Co3V2O8,随后Co3V2O8逐渐转变成CoO,同时形成了LixV2O5,最终CoO被还原成Co单质,放电过程出现无定型化。充电过程中,Li+从LixV2O5中脱出,Co单质被氧化成CoO。通过将Co V2O6与天然石墨(NG)复合获得了优异的电化学性能:100次循环后其充、放电比容量分别为665和669 mAh g-1。(2)通过结构优化设计首次在泡沫镍上原位生长了NiV3O8纳米片,将NiV3O8/Ni复合结构作为锂离子电池电极显示了优异的电化学性能。经过0.1~20 C 60次循环后,当恢复至小电流0.1 C时,其放电比容量能够回到0.78 mAh cm-2。(3)通过水热和固相烧结制备了与NG具有良好电化学兼容性的NiV3O8负极材料。研究表明,NiV3O8与NG在循环过程中发生了协同电化学重构,形成了均匀的多孔结构。所制备的NiV3O8/NG复合材料经历320次从0.16~3.1 A g-1重复倍率测试后,继续在0.31 A g-1下循环360次后循环容量没有出现明显衰减,循环至680次后其充、放电比容量仍高达814和819 mAh g-1。(4)通过简单方法制备了CuV2O6材料,首次将其应用于锂离子电池负极并对其储锂机理进行研究。结果表明:放电过程中CuV2O6首先转变为Cu3V2O8和LiV2O5,随后Cu3V2O8逐渐转变成CuO,同时形成LixV2O5,最终CuO被还原成Cu单质,放电过程伴随着无定型化。充电过程中,Li+从LixV2O5中脱出,Cu单质被氧化成CuO。通过与NG复合可以显著提升CuV2O6的电化学性能。结果显示:在110 mA g-1电流密度下其首次充、放电比容量分别为453和725 mAh g-1,200次循环后仍能保持在533和537 mAh g-1。(5)通过水热和固相烧结法制备了多孔Zn3V3O8纳米片。储锂机理研究表明其可作为一种新型嵌入型锂离子电池负极材料。通过将其与NG复合显示了优异的电化学性能,所制备的Zn3V3O8/NG复合材料在120 mA g-1电流密度下循环200次后充、放电比容量稳定在533和537 mAh g-1。
【学位授予单位】：三峡大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912

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本文编号：1150848