摻雜鎳、鐵對V2O5薄膜電極性能影響的研究.pdf

1、摻雜鎳、鐵對V2O5薄膜電極性能影響的研究重慶大學碩士學位論文（學術(shù)學位）學生姓名：李抄指導教師：余丹梅副教授專業(yè)：化學學科門類：理學重慶大學化學化工學院二O一五年五月重慶大學碩士學位論文中文摘要I摘要由于其嵌鋰性能好，理論容量高，資源來源豐富，成本低等特點，V2O5作為鋰離子電池正極材料具有很大的應用前景和研究價值。但結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差、循環(huán)壽命短、充放電過程中會發(fā)生電解質(zhì)氧化等缺陷限制了V2O5在鋰離子電池中的實際應用。目前的一些研究發(fā)現(xiàn)

2、，優(yōu)化合成工藝和摻雜改性能夠有效地改善V2O5的性能。因此，本文采用溶膠凝膠法合成摻鎳、鐵V2O5薄膜電極材料，并采用XRD、SEM、XPS和電化學測試技術(shù)，研究了V2O5薄膜的結(jié)構(gòu)和形貌特征，以及薄膜電極的電化學性能，同時淺析了摻鎳、鐵對V2O5薄膜電極性能的影響。XRD、SEM分析表明：與純V2O5一樣，摻鎳、鐵V2O5都具有典型的正交晶型結(jié)構(gòu)。而且，摻鎳V2O5是由分布均勻、形狀規(guī)則、界面清晰、堆積密集，長度為350~510nm，

3、寬度為30nm~70nm，厚度為10~30nm的長方體納米棒構(gòu)成的均勻薄膜。而構(gòu)成摻鐵V2O5薄膜是長度為360~540nm、寬度150~220nm、厚度90~160nm類橢圓形的納米片。摻雜使V2O5薄膜具有更大的比表面積，從而增加了薄膜與電解液之間的接觸面，提高了薄膜電極的比容量及循環(huán)穩(wěn)定性。XPS分析結(jié)果表明：摻雜鎳有利于提高V2O5薄膜V4的比例，使電極活性材料的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，明顯改善電化學性能。循環(huán)伏安法和恒電流充放電測試表明

4、：摻雜鎳、鐵均可以提高V2O5薄膜電極的比容量，并抑制其衰減。V2O5薄膜電極的比容量隨著摻鎳量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，最佳摻鎳量為2%。在電流密度為33.20μAcm2時，其首次充放電比容量分別達到725mAhg1和764mAhg1，經(jīng)過100次充放電循環(huán)后，充放電比容量降低為458mAhg1和431mAhg1，平均每周期的容量衰減率為0.57%和0.35%。當電流密度增大了4倍時，摻鎳V2O5薄膜電極的首次放電比容量僅僅減

5、少18%，表現(xiàn)出了較優(yōu)的倍率性能。V2O5薄膜電極的比容量隨著摻鐵量的增加而增加，但是當摻雜量超過1.2%時，溶膠不穩(wěn)定，易形成絮狀物，所以最佳摻鐵量為1.2%，在電流密度為33.20μAcm2時，首次充放電比容量分別可達到744mAhg1和767mAhg1，經(jīng)過45次充放電循環(huán)后，充放電比容量降低為548mAhg1和529mAhg1，平均每周期的容量衰減率為0.58%和0.54%。當電流密度增大了3倍時，摻鐵V2O5薄膜電極的首次放電