中文题名: | 钒氧化物电极材料的设计构筑与电化学性能的研究 |
姓名: | |
学号: | 1049721200247 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 080501 |
学科名称: | 材料物理与化学 |
学生类型: | 硕士 |
学位: | 工学硕士 |
学校: | 武汉理工大学 |
获奖论文: | |
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专业: | |
研究方向: | 新能源材料 |
第一导师姓名: | |
第一导师院系: | |
完成日期: | 2014-11-01 |
答辩日期: | 2014-12-12 |
中文关键词: | |
中文摘要: |
21世纪以来,人们对能源需求的不断增长对可持续发展和能源环保是一个非常重要且具有巨大的挑战性问题。在现有能量储存技术中,锂离子电池由于具有高能量密度,长循环寿命以及无记忆效应等优点而受到关注。然而锂离子电池在电动汽车和电网级储能等大规模能源储存应用上还有待进一步开发。为了实现规模化应用,制备高功率密度的电池是迫切必需的。因此寻找理想的高能量密度和功率密度的电极材料具有非常重大意义的。钒氧化物在可再充锂离子电池中是非常好的正极材料,具有很高的的容量和非常丰富的资源。 然而,钒氧化物的电化学性能仍然存在许多缺陷,主要原因是其具有较低的电子电导率和离子电导。电子电导率比较低会影响其高倍率充放电性能,而较低的离子电导率会使锂离子在钒氧化物中脱嵌时受到更大阻力,在影响其容量的同时使循环稳定性变差。在本文探索了有效的方法来改进这些缺陷,从而会提高其电化学性能。 本论文通过水热方法以及固相烧结法制备了钴掺杂的钒氧化物纳米线、 NH4V3O8纳米线和多孔二氧化钒纳米线等锂离子电极材料。主要内容如下: (1)通过水热方法合成了Co掺杂的钒氧化物纳米线。作为锂电池电极材料Co掺杂的钒氧化物纳米线相比于块状V2O5,在1 A/g 电流密度下,其首次容量为1603 mAh/g,在300圈后其比容量仍能保持640 mAh/g,显示出其作为锂电池负极材料具有广泛的应用前景。(2)通过调节水热时间与pH值,成功制备NH4V3O8纳米线。作为锂电池正极材料,在0.1 A/g电流密度下该材料初始容量为175 mAh/g,高于对照样块状NH4V3O8的循环初始容量(160 mAh/g),经过100圈循环后NH4V3O8纳米线容量为125 mAh/g,其容量保持率高达71%,远高于块状NH4V3O8 (56 mAh/g, 35%)。(3)通过在氮气气氛下控制不同温度烧结NH4V3O8纳米线得到不同价态的钒氧化物。由于加热过程中的氨气释放,通过调节烧结温度,利用氨气的还原性,成功制备得到不同价态的钒氧化物(VO2, V2O3等)。(4)结合水热法和固相烧结法制备了多孔VO2纳米线,其具有较高的比表面积(46.7 m2/g)远高于VO2纳米线(8 m2/g),作为正极电极材料,多孔VO2纳米线在1 A/g的大电流密度下500圈的容量保持率高达90%,远高于VO2纳米线的容量保持率75%。综上所述,多孔VO2纳米线展示出了更优异循环稳定性和倍率性能。 |
参考文献: |
[1]Armand M, & Tarascon, J.-M. Building better batteries[J]. Nature, 2008, 451, 652-657. [22]Iijima S. Helical microtubules of graphitic carbon[J]. Nature, 1991, 354, 56-58. [23]麦立强. 低维钒氧化物纳米材料制备,结构与性能研究[D],武汉: 武汉理工大学,2004. [24]张立德,牟季美. 纳米材料和纳米结构 [M]. 北京:科学出版社,2001,124-138. [55]Yan R X, Gargas D et al. nanowire photonics[J].Nature Photonics, 2009, 3, 569-576. |
中图分类号: | TM912 |
馆藏号: | TM912/0247/2014 |
备注: | 403-西院分馆博硕论文库;203-余家头分馆博硕论文库 |