钒酸锂基水系锂离子电池负极材料的研究

发布时间：2017-04-09 21:10

  本文关键词：钒酸锂基水系锂离子电池负极材料的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：LiV_3O_8作为水系锂离子电池的负极材料具有容量高,成本较低,环境友好等诸多优点,具有较大的发展潜力。但LiV_3O_8作为电池的负极材料进行充放电时,循环性能还不够理想,影响了其商品化应用和发展。分别以Mg和Fe作为掺杂元素,通过掺杂改性的方法来改善LiV_3O_8的电化学性能。采用溶胶凝胶法制备了LiV_3O_8、Li_(1-2x)Mg_xV_3O_8(x=0.5%、1%、2%、3%)、LiMg_xV_3O_8(x=0.5%、1%、3%、5%)、Li_(1+2x)V_(3-x)Fe_x O_8(x=5%、10%、15%)负极材料,通过XRD、SEM、CV、EIS、恒流充放电技术对其进行测试。所制备的LiV_3O_8和Li_(1-2x)Mg_xV_3O_8材料呈棒状结构,平均粒径长约450 nm,宽约170 nm。x=2%时,材料的循环可逆性最佳,首次放电比容量为73.1 m Ah·g~(-1),经过50次循环之后,电阻涨幅仅为0.83Ω,放电比容量为63.2 m Ah·g~(-1),容量保持率高达86.4%,容量的衰减得到了明显缓解,材料的循环性能得到了明显改善。所制备的LiMg_xV_3O_8材料结构与LiV_3O_8相似。x=5%时,材料的循环可逆性最佳,首次放电比容量为64.7 m Ah·g~(-1),材料经过50次循环后,电阻涨幅最小仅为0.02Ω,其放电比容量能够达到73.1 m Ah·g~(-1),多余的Mg掺杂增大了晶胞体积,有利于Li+的扩散,使循环稳定性得到明显提高。所制备的Li_(1+2x)V_(3-x)Fe_x O_8材料结构与LiV_3O_8相似。x=5%时,材料主要物相组成为LiV_3O_8,含有少量的Li_(0.3)V_2O_5,容量明显高于无掺杂的LiV_3O_8,其首次的放电比容量和库伦效率最高,分别为107.3 m Ah·g~(-1)和80.6%,在50次循环之后,电阻涨幅约为2.25Ω,其放电比容量和容量保持率最高,分别为75.8 m Ah·g~(-1)和70.6%,循环性能明显改善。
【关键词】：LiV_3O_8 水系锂离子电池 掺杂 电化学性能
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ131.11;TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 第1章 文献综述10-23
• 1.1 锂离子电池概述10-12
• 1.1.1 锂离子电池发展历程10-11
• 1.1.2 锂离子电池组成11-12
• 1.1.3 锂离子电池工作原理12
• 1.2 锂离子电池电解液12-14
• 1.2.1 有机电解液13
• 1.2.2 水系电解液13-14
• 1.3 水系锂离子电池14-15
• 1.3.1 研究进展14-15
• 1.3.2 理论基础15
• 1.4 LiV_3O_8作为ARLBs负极材料研究进展15-21
• 1.4.1 LiV_3O_8的结构特征及机理15-17
• 1.4.2 LiV_3O_8的制备方法17-20
• 1.4.3 LiV_3O_8的掺杂改性研究20-21
• 1.4.4 LiV_3O_8的表面修饰研究21
• 1.5 本论文的目的及意义21-23
• 第2章 实验方法23-28
• 2.1 实验药品23
• 2.2 实验仪器23-24
• 2.3 主要表征手段24-25
• 2.3.1 热分析24
• 2.3.2 X射线衍射表征24-25
• 2.3.3 场发射扫描电子显微镜表征25
• 2.4 电化学性能测试25-28
• 2.4.1 电极极片的制备25
• 2.4.2 扣式电池的组装25-26
• 2.4.3 循环伏安测试26
• 2.4.4 恒流充放电测试26-27
• 2.4.5 交流阻抗测试27-28
• 第3章 化学计量比掺杂Mg的Li_(1-2x)Mg_xV_3O_8的制备及其电化学性能28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 Li_(1-2x)Mg_xV_3O_8（x=0.5%、1%、2%、3%）及LiV_3O_8的制备28-29
• 3.3 热重（TG）和差热（DSC）分析29-30
• 3.4 形貌表征30-31
• 3.5 X射线衍射（XRD）分析31-32
• 3.6 电化学性能测试32-41
• 3.6.1 循环伏安（CV）测试32-34
• 3.6.2 充放电测试34-37
• 3.6.3 交流阻抗测试37-40
• 3.6.4 倍率性能测试40-41
• 3.7 本章小结41-42
• 第4章 非化学计量比掺杂Mg的LiMg_xV_3O_8的制备及其电化学性能42-53
• 4.1 引言42
• 4.2 LiMg_xV_3O_8（x=0.5%、1%、3%、5%）的制备42-43
• 4.3 X射线衍射（XRD）分析43-44
• 4.4 形貌表征44-45
• 4.5 电化学性能测试45-52
• 4.5.1 循环伏安（CV）测试45-47
• 4.5.2 充放电测试47-49
• 4.5.3 交流阻抗测试49-51
• 4.5.4 倍率性能测试51-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第5章 Li_(1+2x)V_(3-x)Fe_xO_8的制备及其电化学性能53-65
• 5.1 引言53
• 5.2 Li_(1+2x)V_(3-x)Fe_xO_8（x=5%、10%、15%）的制备53
• 5.3 X射线衍射分析53-55
• 5.4 形貌表征55
• 5.5 电化学性能测试55-63
• 5.5.1 充放电测试55-59
• 5.5.2 循环伏安（CV）测试59-60
• 5.5.3 交流阻抗测试60-62
• 5.5.4 倍率性能测试62-63
• 5.6 本章小结63-65
• 结论65-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 导师简介71-72
• 作者简介72-73
• 学位论文数据集73

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