鋰離子電池電極材料鈷、釩氧化物的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池因可實現(xiàn)能量的可持續(xù)轉(zhuǎn)換而受到廣泛關(guān)注，然而電池核心部件中正極活性材料面臨著容量低和高倍率下循環(huán)穩(wěn)定性差的問題;負(fù)極活性材料雖理論容量高，但其穩(wěn)定性差，兩者在很大程度上限制了鋰離子電池的應(yīng)用。本論文設(shè)計了一種固相燒成法和一種簡單、易操作、多元醇協(xié)助的兩步實驗方法制備了具有特殊結(jié)構(gòu)的電池材料，實現(xiàn)電池在高倍率下較高的放電比容量及優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。具體研究內(nèi)容如下:
　　1、采用直接空氣煅燒對合成的乙酰丙酮氧釩VO(acac

2、)2進行處理，得到形貌規(guī)整的V2O5納米棒。其作為正極材料組裝電池后，300 mA g-1的電流密度下循環(huán)200圈后，納米棒的放電比容量可保持在226.4 mAh g-1左右;電流密度增加到1500 mAg-1，放電比容量仍達142.1 mAh g-1。
　　2、采用無模板乙二醇協(xié)助的溶劑熱反應(yīng)和高溫空氣煅燒兩步實驗過程方法，得到粒徑尺寸為20μm左右片狀組裝的V2O5超大微米球。其作為正極材料組裝電池，考察了釩源VO(acac)

3、2和溶劑熱時間對產(chǎn)品電池性能的影響。其中，0.75 g乙酰丙酮氧釩溶于40 ml的乙二醇溶劑中反應(yīng)17h制備的V2O5，電池循環(huán)性能及倍率性能最優(yōu)。在300 mA g-1的電流密度下，初始放電比容量為275.7 mAh g-1，循環(huán)200圈后，放電比容量仍可達243.8 mAh g-1，容量保持率為88.43％。當(dāng)電流密度增加到1500 mA g-1時，循環(huán)500圈后，放電比容量仍可保持在200 mAh g-1左右，容量保持率為78.4

4、1％。這一優(yōu)異的電化學(xué)性能主要得益于片狀組裝的V2O5球狀穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其有利于電荷轉(zhuǎn)移和降低可能產(chǎn)生的體積效應(yīng)。
　　3、采用兩步實驗過程法，以乙二醇為溶劑制備了不同結(jié)構(gòu)的Co3O4電池負(fù)極材料。探討不同鈷源（硝酸鈷、醋酸鈷、硫酸鈷、氯化鈷）和溶劑熱時間(8、12、24 h)對Co3O4物相、結(jié)構(gòu)和電池性能的影響。以硝酸鈷為鈷源制備的不同殼層結(jié)構(gòu)的尖晶石Co3O4亞微米球均具有較高的充放電比容量。其中，以硝酸鈷為鈷源經(jīng)12 h溶劑熱

5、時間煅燒后得到雙層蛋黃殼結(jié)構(gòu)的Co3O4亞微米球電池性能最佳，178 mA g-1的電流密度下循環(huán)70圈后，仍可得到1091 mAhg-1的放電比容量。該優(yōu)異的電化學(xué)性能主要歸因于特殊的核殼結(jié)構(gòu)，其可以縮短電子、離子傳輸距離又可有效降低充放電過程中的體積效應(yīng)。
　　4、采用無模板多元醇協(xié)助的溶劑熱反應(yīng)和高溫空氣煅燒兩步實驗過程方法，制備了不同結(jié)構(gòu)的鈷釩復(fù)合氧化物。比較V/Co摩爾比的不同(5:1、3:1、2.5:1、2:1)對產(chǎn)品