五氧化二钒纳米颗粒的制备及其电化学性能研究

发布时间：2017-08-07 07:20

  本文关键词：五氧化二钒纳米颗粒的制备及其电化学性能研究

  更多相关文章： 水热法 V_2O_5纳米颗粒 电化学性能 铜离子掺杂

【摘要】：V2O5因具有理论容量大、放电平台高、合成便捷、低成本等优点受到广泛关注。但也存在一些弊端,如结构稳定性较差,电子离子的导电率较低,故在充放电过程中Li+的嵌入／脱出会导致V2O5层状结构的坍塌,因此阻碍了它的实际应用。而将材料纳米化、金属阳离子掺杂可以有效地克服V2O5材料的上述缺点。本文制备出了纯相的V2O5纳米材料和金属离子掺杂的V2O5纳米材料,并对制备样品的形貌结构、电化学性能进行了表征,还考察了金属离子掺杂量对材料性能的影响。采用双组份溶剂水热法(溶剂由水和醇类组成),合成出了纳米棒状结构的V2O5。以XRD、SEM、 CV和恒流充放电的表征方式对制备样品进行了性能研究,主要探究水与乙醇的体积比、水热温度、填充比、水热时间以及不同种类的溶剂对材料性能的影响,得到了最佳的制备条件,如下所示：水与乙醇的体积比为1：0.5,水热温度为180℃,填充比为60%,水热时间为24h,最佳的溶剂为乙醇。并且此材料表现出了较好的电化学性能,有较好的可逆性和倍率性能以及循环性能,在充放电倍率为0.1c倍率下进行充放电测试,其首次放电比容可以达到250.01mAh/g。通过使用NH4VO3和HCl为原料合成出了纳米棒状结构的V2O5正极材料。以XRD、SEM、CV和恒流充放电的表征方式对制备样品进行了性能研究,主要探究不同制备条件(如溶液的pH值、水热温度、水热时间、填充比以及表面活性剂)对材料性能的影响,得到了最佳的合成条件,最优合成条件为：pH值为3,水热温度为180℃,水热时间为24h以及填充比为70%。同时,实验表明,表面活性剂的添加可使V2O5材料的电化学性能进一步提高,在充放电倍率为0.5C下进行充放电测试,所制备V2O5材料的放电比容量和循环性能均高于未添加表面活性剂的材料。在以上条件下制得的材料表现出了较好的电化学性能,有较好的可逆性和倍率性能以及循环性能,在充放电倍率为0.1C倍率下进行充放电测试,其首次放电比容可以达到245.89mAh/g。对五氧化二钒进行金属离子掺杂,考察金属离子掺杂的对材料电化学性能的影响。以XRD、SEM、CV和恒流充放电等表征方法对制备样品进行了性能研究,其结果表明：金属离子掺杂可以明显地提高V2O5材料的电化学性能,在掺杂量为1：0.03下,得到材料的首次充放电可以高达350.68mAh/g,其值要高于2个Li+嵌入时得到的理论容量,所制备V2O5材料的倍率性能和循环性能均高于未进行离子掺杂的材料。
【关键词】：水热法 V_2O_5纳米颗粒 电化学性能 铜离子掺杂
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 文献综述13-31
• 1.1 引言13
• 1.2 锂电的发展13-15
• 1.3 锂离子电池的基本工作原理15
• 1.4 锂离子电池正极材料15-20
• 1.4.1 钴酸锂(LiCoO_2)16-17
• 1.4.2 镍酸锂(LiNiO_2)17-18
• 1.4.3 锰酸锂(LiMn_2O_4)18-19
• 1.4.4 磷酸盐类(LiMPO_4)19-20
• 1.4.5 五氧化二钒(V_2O_5)20
• 1.5 V_2O_5正极材料结构的优化20-28
• 1.5.1 纳米结构的V_2O_521-24
• 1.5.2 V_2O_5的碳杂化24-27
• 1.5.3 V_2O_5的离子掺杂27-28
• 1.6 本文的研究意义28
• 1.7 本文的研究内容28-31
• 第二章 实验部分31-35
• 2.1 主要实验仪器及试剂31-32
• 2.1.1 主要实验仪器31
• 2.1.2 主要实验试剂31-32
• 2.2 电池的制备32
• 2.2.1 电池正极的制备32
• 2.2.2 电池的组装32
• 2.3 材料的物理性能分析32-33
• 2.3.1 X射线衍射(XRD)32
• 2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)和能谱(EDS)分析32-33
• 2.4 电化学分析33-35
• 2.4.1 循环伏安曲线测试33
• 2.4.2 恒电流充放电测试33-35
• 第三章 偏钒酸铵和无水乙醇制备五氧化二钒纳米颗粒35-53
• 3.1 前言35
• 3.2 实验方法35-36
• 3.3 结果与讨论36-49
• 3.3.1 水与乙醇的体积比对纳米颗粒的影响36-39
• 3.3.2 水热温度对纳米颗粒的影响39-42
• 3.3.3 水热时间对纳米颗粒的影响42-45
• 3.3.4 填充比比对纳米颗粒的影响45-47
• 3.3.5 不同种类溶剂对纳米颗粒的影响47-49
• 3.4 V_2O_5材料的电化学性能测试49-51
• 3.5 本章小结51-53
• 第四章 偏钒酸铵和盐酸制备五氧化二钒纳米颗粒53-73
• 4.1 引言53
• 4.2 制备方法53-54
• 4.3 结果与讨论54-68
• 4.3.1 溶液pH值对纳米颗粒的影响54-57
• 4.3.2 水热温度对纳米颗粒的影响57-60
• 4.3.3 水热时间对纳米颗粒的影响60-63
• 4.3.4 填充比对纳米颗粒的影响63-66
• 4.3.5 表面活性剂对纳米颗粒的影响66-68
• 4.4 V_2O_5材料的电化学性能测试68-71
• 4.5 本章小结71-73
• 第五章 金属铜离子掺杂对性能的影响73-81
• 5.1 前言73
• 5.2 制备方法73
• 5.3 结果与讨论73-77
• 5.4 电化学性能测试77-79
• 5.5 本章小结79-81
• 第六章 结论81-83
• 参考文献83-89
• 致谢89-91
• 研究成果及发表的学术论文91-93
• 作者及导师简介93-94
• 附件94-95

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