五氧化二钒与硫锂离子电池正极材料及其电化学性能研究

发布时间：2017-08-26 11:29

  本文关键词：五氧化二钒与硫锂离子电池正极材料及其电化学性能研究

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【摘要】：锂离子电池的正极材料对其性能起着决定性作用。因此,正极材料的研究对锂离子电池的发展具有重要意义。众所周知,锂离子电池的应用已渗透到我们生活的方方面面,小到各种智能电子产品,大到电动车。但是,能量密度低及循环寿命短等问题依然是制约锂离子电池发展的重要因素。本文包括两个工作,分别对五氧化二钒和硫单质两种正极材料进行了电化学研究。针对活性材料的不导电性,我们一方面将材料的尺寸减小到纳米级,另一方面寻找合适导电添加剂进行有效地改善整个电极的导电性。V_2O_5材料因其具有潜在的应用前景和较高的质量比容量(294mAhg-1)而得到广泛关注。然而,其自身固有的导电性差及低的电化学动力学导致了严重的比容量衰退。为了很好的解决以上问题,我们通过制备的V_2O_5纳米球与多壁碳纳米管(MWCNTs)组装成层状结构,来制备独特的薄膜正极。其中,交替的层结构因V_2O_5纳米球层带有正电和MWCNTs层带有负电而发生静电吸附作用。由此一来,V_2O_5纳米颗粒紧紧的嵌入在邻近上下两多壁碳纳米管层之间。有效地减少了空隙的产生,增强了整个电极的导电性。在电流密度为1.0C时,100次循环后,比容量仍可维持在200mAhg-1。实验结果表明,该电极表现出了较高的循环稳定性和倍率性能。锂硫电池因其较大的能量密度而被认作为下一代锂离子电池。碳基材料因其较大的比表面积和稳定的骨架结构而被认作理想的锂硫电池的复合材料。其中规则多孔结构呈现出了更多的优势。本工作中,我们采用氮掺杂的多孔碳作为硫单质的宿主。在充放电过程中,多孔结构及亲核性的氮元素之间的协同效应对可溶性的多硫化锂产物表现出了突出的抑制作用。在电流密度为2.0C时,可实现500次稳定循环,在每一次循环中,比容量仅衰减0.057%。
【关键词】：正极 五氧化二钒 叠层结构 硫单质 氮掺杂 电化学性能
【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】：TM912;O646
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-19
• 1.1 引言8-9
• 1.2 可充电锂离子电池概述9-12
• 1.2.1 锂离子电池的发展9-10
• 1.2.2 锂离子电池的原理和特点10-11
• 1.2.3 锂离子正、负极材料11-12
• 1.3 锂离子正极材料12-15
• 1.3.1 锂离子正极材料的发展12
• 1.3.2 锂离子正极材料的分类12-15
• 1.4 锂离子正极材料五氧化二钒和单质硫15-17
• 1.4.1 五氧化二钒、单质硫晶体结构15
• 1.4.2 五氧化二钒、单质硫电化学特性15-16
• 1.4.3 五氧化二钒、硫电极材料制备16-17
• 1.5 本文选题及工作内容17-19
• 第2章 实验19-23
• 2.1 实验仪器和试剂19-20
• 2.1.1 实验仪器19
• 2.1.2 实验试剂19-20
• 2.2 样品主要表征方法20-21
• 2.2.1 扫描电子显微镜20
• 2.2.2 透射电子显微镜20-21
• 2.2.3 X射线衍射分析21
• 2.2.4 热重分析法21
• 2.3 电极电化学性能分析21-23
• 2.3.1 扣式锂电池的组装21-22
• 2.3.2 锂电池性能测试手段22-23
• 第3章 静电吸附五氧化二钒及多壁碳纳米管叠层结构设计和性能测试23-33
• 3.1 前言23-24
• 3.2 实验部分24-26
• 3.2.1 V_2O_5纳米颗粒的制备24
• 3.2.2 MWCNTs酸化处理24-25
• 3.2.3 复合材料叠层结构的制备25-26
• 3.3 结果与分析26-31
• 3.3.1 V_2O_5颗粒表征26-27
• 3.3.2 复合材料叠层结构表征27-29
• 3.3.3 电化学性能分析29-31
• 3.4 本章小结31-33
• 第4章 氮掺杂多孔碳用于锂硫电池研究33-41
• 4.1 前言33-34
• 4.2 模板法碳化介绍34
• 4.3 实验部分34-35
• 4.3.1 氮掺杂多孔碳（N-PC）制备34-35
• 4.3.2 N-PC与硫复合（N-PC-S）35
• 4.4 结果与讨论35-41
• 4.4.1 多孔碳（N-PC）表征35-36
• 4.4.2 N-PC-S复合材料表征36-38
• 4.4.3 N-PC-S复合材料用于电化学测试38-40
• 4.4.4 本章小结40-41
• 第5章 总结与展望41-43
• 5.1 总结41
• 5.2 展望41-43
• 参考文献43-50
• 致谢50-51
• 攻读硕士期间发表的文章51

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本文编号：741285