钒酸锂类锂离子电池负极材料的制备与表征

发布时间：2017-09-11 13:47

  本文关键词：钒酸锂类锂离子电池负极材料的制备与表征

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【摘要】：随着人们对储能设备和相应材料的需求的急剧增长,人们对储能材料的研究成为一个新兴的研究领域,尤其是锂电池材料领域的研究。目前移动数码产品、便携电脑、电动汽车及各种类型耗电产品都使用电池做能源。铅酸电池、镍氢电池和镉镍电池等二次电池,具有能量密度较低、循环性能差、污染环境等缺点,这些因素限制了它们的广泛应用。锂离子电池因具有高能量密度、高安全性及优秀的循环寿命、环境友好等特点已经成为近年来的研究热点并得到长足发展。开发高容量、循环寿命长、倍率性能更好的电极材料是摆在所有锂离子电池研究人员面前的重要课题。钒酸锂(Li_3VO_4)负极材料是近年来锂离子电池研究的新领域,因其具有很高的理论容量、良好的循环性能以及倍率性能,可以进一步提高锂离子电池负极材料比容量。本文在研究国内外Li_3VO_4负极材料的基础上,采用简单混合的方法把Li_3VO_4与商业中间相碳微球(N7)或碳化钒(VC)复合制备出两种复合负极材料,该法成本低且合成路线简单,研究表明复合材料Li_3VO_4/N7具有比合成它的原料高的克容量。研究中采用XRD、SEM、Raman shift等手段对复合材料的的性能进行了表征：利用恒电流充放电测试、循环伏安测试以及交流阻抗测试分析了不同条件下合成的材料的电化学性能。本文采用上述方法制备的Li_3VO_4/N7负极材料的最佳条件为：球磨20min混合浆料,Li_3VO_4负载量为N7质量分数的20%,材料保温温度460℃,LiOH过量5%。结果表明：制备的复合材料在100mA/g的电流密度下充放电循环,最大首次放电容量高达491mAh/g,首次充电容量为348mAh/g,最大的首次循环效率为76%,经过50个循环后保持充电容量最大370mAh/g。采用同样简单的方法制备了LVO/VC负极材料,最佳制备条件是：以V_2O_4-CO为计算标准,质量比PAA:V_2O_5=0.7919, VC的煅烧温度为1000℃,LVO/VC保温温度为500℃,保温6h, LVO负载量为VC质量分数的35%。结果表面：在100mA/g电流密度下的充放电测试中,首次放电容量达到328mAh/g,首次充电容量最高为155mAh/g,首次循环效率最高为47%。
【关键词】：LVO复合材料 锂离子电池 负极材料 球磨法
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332;TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 论文所用英文缩写词11-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 引言12
• 1.2 锂离子电池简介12-13
• 1.2.1 锂离子电池的发展概述12-13
• 1.2.2 锂离子电池的工作原理13
• 1.3 锂离子电池负极材料概述13-17
• 1.3.1 碳负极材料14-15
• 1.3.2 硅负极材料15-16
• 1.3.3 锡基负极材料16
• 1.3.4 其他负极材料16-17
• 1.4 钒酸锂复合材料LVO/N7和LVO/VC作为负极材料的可能性17-18
• 1.4.1 Li_3VO_4/N7结构及研究方向17-18
• 1.4.2 Li_3VO_4/VC的结构及研究18
• 1.5 本课题的研究内容及意义18-20
• 第2章 实验部分20-26
• 2.1 实验试剂与实验仪器20-22
• 2.1.1 本实验所使用的药品和试剂20-21
• 2.1.2 实验仪器21-22
• 2.2 实验方法22-23
• 2.2.1 负极材料的制备22
• 2.2.2 对锂片组装半电池22-23
• 2.3 物理性能表征23-24
• 2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)23
• 2.3.2 X射线衍射(XRD)23-24
• 2.3.3 拉曼光谱测试24
• 2.4 电化学性能测试24-26
• 2.4.1 充放电循环测试24
• 2.4.2 循环伏安测试24-25
• 2.4.3 交流阻抗测试25-26
• 第3章 LVO/N7的制备及电化学性能研究26-42
• 3.1 引言26
• 3.2 LVO/N7负极材料的制备26-27
• 3.2.1 球磨法制备LVO/N7负极材料26-27
• 3.2.2 溶液混合法制备LVO/N7负极材料27
• 3.3 LVO/N7负极材料性能测试27-31
• 3.3.1 形貌分析27-29
• 3.3.2 负极材料XRD谱图分析29
• 3.3.3 LVO/N7负极材料拉曼谱图分析29-30
• 3.3.4 循环伏安谱图分析30
• 3.3.5 交流阻抗谱图分析30-31
• 3.4 实验条件对LVO/N7电化学性能的影响31-41
• 3.4.1 球磨时间对材料性能的影响31-35
• 3.4.2 烧结温度对材料电化学性能的影响35-37
• 3.4.3 LiOH过量对材料的电化学性能的影响37-38
• 3.4.4 LVO与N7的质量比对材料性能的影响38-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 LVO/VC的制备及电化学性能的研究42-56
• 4.1 引言42
• 4.2 LVO/VC负极材料的制备42
• 4.3 LVO/VC物理性能表征42-46
• 4.3.1 形貌分析42-43
• 4.3.2 XRD谱图分析43-44
• 4.3.3 LVO/VC负极材料的拉曼光谱表征44-45
• 4.3.4 材料的循环伏安表征45
• 4.3.5 交流阻抗谱图分45-46
• 4.4 制备条件对LVO/VC负极材料的电化学性能影响46-54
• 4.4.1 V_2O_5与PAA质量比对材料性能的影响46-48
• 4.4.2 VC制备温度对材料的电化学性能的影响48-50
• 4.4.3 LVO/VC的制备温度对LVO/VC的电化学性能的影响50-52
• 4.4.4 LVO在VC上的负载量对材料的电性能的影响52-54
• 4.5 本章小结54-56
• 第5章 结论与展望56-58
• 5.1 结论56-57
• 5.2 展望57-58
• 参考文献58-69
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录69-70
• 致谢70

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本文编号：831109