微納米結(jié)構(gòu)釩氧化物可控制備及鋰電性能研究.pdf

1、微納米釩氧化物因其多變的價(jià)態(tài)、可調(diào)的微觀結(jié)構(gòu)及特殊的電學(xué)性質(zhì)在電極材料、氣敏及開關(guān)材料等方面展現(xiàn)出潛在應(yīng)用價(jià)值，已成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。本文針對(duì)當(dāng)前廣泛關(guān)注的釩氧化物微納米結(jié)構(gòu)調(diào)控方法學(xué)及結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系開展研究，旨在獲得可批量化定向制備不同微納米結(jié)構(gòu)釩氧化物的新方法，研究解決其結(jié)構(gòu)對(duì)鋰電等性能控制關(guān)系問題，為將微納米釩氧化物推向應(yīng)用提供技術(shù)和理論支撐?；谶@一指導(dǎo)思想，本文跳出前人水熱法等調(diào)控釩氧化物微納米結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)方式，提出一種基于直接

2、沉淀和前驅(qū)體結(jié)構(gòu)調(diào)控獲得相應(yīng)微納米結(jié)構(gòu)釩氧化物的新思路:首先用簡單的直接沉淀法獲得結(jié)構(gòu)可控的釩氧化物前驅(qū)體-釩酸銨，再利用在不同條件下熱處理時(shí)材料微結(jié)構(gòu)的演化得到與前驅(qū)體骨架結(jié)構(gòu)相同的釩氧化物，并詳細(xì)研究所獲得產(chǎn)物作為鋰電池材料的正極性能，同時(shí)探討了微納米結(jié)構(gòu)與性能之間相互關(guān)系規(guī)律。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)直接沉淀法控制合成不同微納米結(jié)構(gòu)釩酸銨前驅(qū)體。論文研究了V2O5與熔融尿素固液反應(yīng)，并以此反應(yīng)產(chǎn)物為原料，基于釩酸鹽結(jié)構(gòu)

3、多變的特點(diǎn)，選擇醇水混合溶劑體系，以氨水作為沉淀劑控制合成了微球與花狀結(jié)構(gòu)釩酸銨前驅(qū)體。研究醇水比例和陳化時(shí)間等因素對(duì)釩酸銨前驅(qū)體形貌及結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明:隨著醇水比的增加會(huì)導(dǎo)致制得釩酸銨微球的粒徑逐漸減小;醇水比提高能阻止組成花狀(NH4)2V3O8的納米片進(jìn)一步長厚;因而在高醇水比時(shí)，陳化時(shí)間的增加會(huì)促使形成花瓣密集堆積的花狀結(jié)構(gòu)，而醇水比低時(shí)，則會(huì)隨著晶體生長形成較厚的塊狀結(jié)構(gòu)。
　　(2)釩酸銨鹽前驅(qū)體對(duì)其相應(yīng)釩氧化物微

4、納米結(jié)構(gòu)的影響與控制關(guān)系。以直接沉淀法制得的不同微納米結(jié)構(gòu)釩酸銨前驅(qū)體為研究對(duì)象，基于氧化還原及熱分解反應(yīng)的熱力學(xué)定律，研究了熱處理氣氛和溫度等因素對(duì)前驅(qū)物形成釩氧化物的價(jià)態(tài)和微納米結(jié)構(gòu)的影響:結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在氨氣氣氛下熱處理釩酸銨微球以及花狀結(jié)構(gòu)(NH4)2V3O8能分別制得V2O3空心微球和花狀多級(jí)結(jié)構(gòu)的V2O3;氮?dú)鈿夥障聼崽幚礅C酸銨微球和花狀(NH4)2V3O8則能分別得到VO2多孔微球以及花狀的VO2;空氣氣氛下煅燒這些低價(jià)態(tài)釩氧

5、化物可以獲得相應(yīng)微納米結(jié)構(gòu)V2O5。
　　(3)微納米結(jié)構(gòu)VO2及W摻雜VO2對(duì)相變性質(zhì)以及鋰電池性能影響關(guān)系研究。研究了多孔微球和花狀VO2與摻雜VO2的相變性質(zhì)以及作為鋰電池正極材料的性能。結(jié)果表明其中多孔微球VO2(B)具有較高的充放電比容量(140 mAh·g-1)，且同時(shí)具有最穩(wěn)定循環(huán)性能，充放電循環(huán)100次后的容量保持率為87％;而W摻雜或Na、W共摻雜VO2雖能降低相變溫和內(nèi)阻，一定程度上改善了VO2(M/R)鋰離子

6、可逆插入能力，但是相比于VO2(B)和V2O5的性能還有一定差距。實(shí)驗(yàn)探討分析了相關(guān)機(jī)理，認(rèn)為VO2(B)轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石相(R)和單斜相(M)，導(dǎo)致可逆儲(chǔ)存鋰離子能力大幅降低。研究不同熱處理溫度對(duì)于摻雜VO2相變性質(zhì)的影響，結(jié)果表明經(jīng)過適當(dāng)高溫?zé)崽幚砗螅梢蕴岣邠诫sVO2在室溫或更低溫度時(shí)相變的溫敏性，使其在熱敏電阻開關(guān)方面展現(xiàn)潛在應(yīng)用。
　　(4)不同微納米結(jié)構(gòu)V2O5鋰電池性能研究。研究了上述獲得的不同微納米結(jié)構(gòu)V2O5(包括納