納米結(jié)構(gòu)釩酸鈉電極活性材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、近年來，釩氧化物和釩酸鹽嵌鋰材料由于其較高的比容量、低廉的成本以及簡便的合成方法成為了研究熱點。在我國，存在著釩資源豐富，但綜合利用程度不高的問題，因此有必要開發(fā)高比容量的釩系化合物，用作新型鋰離子二次電池的電極材料，這對于優(yōu)化我國釩資源的有效利用和促進經(jīng)濟的快速發(fā)展都具有重要的意義。但是目前，釩系化合物嵌鋰材料仍然存在著一些問題，主要是倍率性能差，循環(huán)性能不夠穩(wěn)定，這就限制了釩系化合物嵌鋰材料的商業(yè)化應(yīng)用。本論文著眼于結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定的釩

2、酸鹽材料，通過采用兩種新型的制備方法，分別獲得了具有較高性能的釩酸鈉材料，并分別探討了在有機系鋰離子電池體系和水溶液鋰離子電池體系中的電化學(xué)性能和脫嵌鋰機制。嘗試了用高能超聲分散法對合成的材料進行超薄化處理，并研究處理后的材料的電化學(xué)性能。本論文的主要工作和結(jié)果如下：
　　設(shè)計了一種新型的水熱－固相燒結(jié)兩步法，合成了分散均勻的NaV3O8納米片材料。通過研究發(fā)現(xiàn)。NaV3O8納米片材料在有機系鋰離子電池中具有良好的可逆脫嵌鋰能力。

3、300 mA/g電流密度下首次放電容量為81.6 mAh/g（基于NaV3O8的質(zhì)量），100次循環(huán)后容量依然有80 mAh/g，顯示出了良好的循環(huán)穩(wěn)定性能和容量保持率。當用作水系鋰離子電池負極時，300 mA/g電流密度下首次放電容量為60.4 mAh/g（基于NaV3O8的質(zhì)量），120次循環(huán)后容量依然有60.6 mAh/g，循環(huán)穩(wěn)定性和容量保持率都很高。
　　本文還探索了以 NH4VO3和 NaOH?H2O為原料一步燒結(jié)法合

4、成釩酸鈉的可能性，并通過超聲分散的方法對合成的材料進行分散處理，對比分析超聲前后材料的電化學(xué)性能差異。超聲前該材料組裝的水溶液鋰離子電池在300 mA/g電流密度下首次放電容量為72.7 mAh/g（基于NaV3O8的質(zhì)量）。200次循環(huán)后，容量為66 mAh/g，容量保持率高達91％，體現(xiàn)出了優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性。600mA/g電流密度下初始放電容量為70.9 mAh/g，200次循環(huán)后容量為53 mAh/g，容量保持率為75%，循環(huán)穩(wěn)定

5、性較好，但是與300mA/g下的循環(huán)穩(wěn)定性相比有了一定下降，這也說明了所合成的材料的倍率性能有待提高。
　　該NaV3O8納米材料在有機鋰電池體系中，30mA/g電流密度下的初始放電容量雖高達240 mAh/g，但是40次循環(huán)后，容量保持率僅為45%，說明該方法合成的NaV3O8納米片在有機鋰電池體系中低倍率下的循環(huán)穩(wěn)定性能較差；300mA/g電流密度下的初始放電容量達到了150 mAh/g，100次循環(huán)后容量保持率為55%；60

6、0mA/g電流密度下的初始放電容量可以達到138.5 mAh/g，100次循環(huán)后容量保持率為62%；1500mA/g電流密度下的初始放電容量可達到111.3mAh/g，100次循環(huán)后的容量保持率為79%。很明顯該NaV3O8納米材料在大倍率下的循環(huán)穩(wěn)定性更好。
　　嘗試通過高能超聲法對材料進行超薄化處理，改善材料的電化學(xué)性能，并對比處理前后材料性能的改善情況。超聲處理后在有機體系中30mA/g電流密度下的初始放電容量為138 mA