低维锂钒氧系锂离子电池正极材料的制备及电化学性能研究

发布时间：2019-07-21 17:17

【摘要】：在众多锂离子电池正极材料中,锂钒氧系正极材料因具有高容量、低成本等优点备受关注。低维材料具有高比表面积和小尺寸结构,可以有效地改善电极材料的电化学性能,所以在锂离子电池中受到研究。对于锂离子电池的性能研究,目前主要是通过装配成品电池研究宏观性能,而通过三电极体系来研究电极材料的性能及反应的微观机制相对较少。将电极材料组成三电极体系,由电化学工作站进行电化学性能测试后,对研究电极进行其他性能测试,相对于成品电池具有操作简单、测试结果稳定的优点。本文以V_2O_5、LiV_3O_8为研究对象,采用静电纺丝法和溶胶-凝胶旋涂法制备具有微纳米结构的V_2O_5、LiV_3O_8正极材料。通过XRD和SEM等测试方法表征V_2O_5、LiV_3O_8的结构和形貌;将制备的正极材料组成三电极体系,通过电化学工作站表征其电化学性能;通过电化学应变原子力显微镜(ESM)测试初步分析LiV_3O_8薄膜充放电过程的微观机制。主要研究内容如下:(1)以V_2O_5粉末和30%H_2O_2为原料,采用静电纺丝法制备了V_2O_5/PVP聚合物纤维,干燥后经500oC退火1小时,得到不同直径的V_2O_5陶瓷纤维。通过实验测试对比发现,浓度为0.21 mol/L的V_2O_5纤维电化学性能较好。该浓度的V_2O_5纤维直径分布在200~400 nm之间;进行计时电位法测试时,充放电比容量高,说明V_2O_5纤维的结构稳定性好。(2)为了提高V_2O_5溶液的稳定性及溶质溶解度,以V_2O_5粉末、LiOH·H2O和30%H_2O_2为原料制备了LiV_3O_8溶液。采用溶胶-凝胶旋涂法制备了LiV_3O_8/PVP薄膜,研究了不同退火温度、时间对薄膜形貌、结构和电化学性能的影响。通过对比发现,400oC下退火10小时得到的LiV_3O_8薄膜电化学性能较好,该薄膜晶粒尺寸为50~200 nm,循环伏安测试时存在明显的氧化还原峰。ESM测试结果表明,放电时锂离子嵌入,ESM信号较弱,平均振幅响应小;充电时锂离子脱出,ESM信号相对较强,平均振幅响应增大,说明电化学应变响应大小和锂离子的浓度密切相关。(3)采用静电纺丝法制备了LiV_3O_8/PVP聚合物纤维,研究了不同退火温度、时间对纤维形貌、结构和电化学性能的影响。通过实验对比发现,400oC下退火1小时得到的LiV_3O_8纤维的电化学性能较好。退火后的LiV_3O_8纤维直径分布在200~400 nm之间;循环伏安测试时存在氧化还原峰对,氧化峰对应着锂离子脱出,还原峰对应着锂离子嵌入。
【图文】：

图 1.1 锂离子电池原理示意图iCoO2-C (石墨)为例说明锂离子电池在充放电过程反应方程式如下：正极：+ -2 1-x 2LiCoO Li CoO +xLi +xe 负极：+ -x 66C+xLi +xe Li C 正极：+ -1-x 2 2Li CoO +xLi +xe LiCoO 负极：+ -x 6Li C 6C+xLi +xe 2 x 6 1-x 2LiCoO 6C Li C +Li CoO 充电放电电池正极材料的简介

物应有较好的电子导电率和离子电导率，减少极化，，使得可，具有高质量能量密度；摩尔体积小，具有高体积能量密度数量和足够大的锂离子迁移通道，从而使锂离子具有足够大速充放电成为可能；度而言，嵌入化合物应该成本低且对环境无污染；合成工艺化。上述条件，锂离子电池正极材料的发展方向一方面是对现高其电化学性能；另一方面则是开发新的正极材料，不断。锂(LiCoO2) 正极材料为 -NaFeO2型层状结构，其结构示意图如图 1.2 所示[14]。堆积形式，由此构成 LiCoO2晶体的主体框架结构，当锂离子进行重新排列，形成六方密堆积形式的 CoO2晶胞。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ340.64;TM912


本文编号：2517321