钒氧（硫）化物锂离子电池正极材料制备及其电化学性能研究

《钒氧（硫）化物锂离子电池正极材料制备及其电化学性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、博士学位论文钒氧（硫）化物锂离子电池正极材料制备及其电化学性能研究STUDYONTHESYNTHESISANDELECTROCHEMICALPROPERTYOFVANADIUMOXIDES(SULFIDES)CATHODEMATERIALFORLITHIUMIONBATTERY吴丽军哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM912.9学校代码：10213国际图书分类号：541.136密级：公开工学博士学位论文钒氧（硫）化物锂离子电池正极材料制备及其电化学性能研究博士研究生：吴丽军导师：孙克宁/张乃庆教授申请学位：工学博士

2、学科：化学工程与技术所在单位：化工与化学学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM912.9U.D.C:541.136DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSTUDYONTHESYNTHESISANDELECTROCHEMICALPROPERTYOFVANADIUMOXIDES(SULFIDES)CATHODEMATERIALFORLITHIUMIONBATTERYCandidate：LiJunWuSupervisor：Pro

3、f.KeningSun&NaiqingZhangAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：ChemicalEngineeringandTechnologyAffiliation：SchoolofChemistryandChemicalEngineeringDateofDefence：2018.06Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要近年来，智能手机、可再生能源与电动汽车的飞速

4、发展对锂离子电池的性能提出了更高的要求。但是由于传统锂离子电池正极材料价格高，能量密度低，已经成为制约锂离子电池进一步发展的重要瓶颈。因此，开发具有更高能量密度与功率密度，安全性和循环寿命更好的正极材料，成为了近年来的研究热点。相比于传统商业化的锂离子电池正极材料，V2O5具有比容量高，安全性好等优点，从而受到人们的广泛关注。但是其固有的导电性差的缺点导致了电池循环寿命和倍率性能无法满足实际需求。针对钒基氧化物正极材料导电性较差的缺点，本文以不同的方式构筑了四种钒基氧（硫）化物电极，提升了V2O5正极材料的电化学性能并探讨了性

5、能提升机理，研究了VS4作为锂离子电池新型正极材料的电化学行为特点和反应机理。采用无模板法一步合成V2O5空心球。由纳米带组装的V2O5空心球能够有效缩短锂离子在电极材料内部的扩散距离，而空心球结构能够增大电解液与电极材料的接触面积，增加反应活性位点，两者的协同作用为V2O5良好的循环和倍率性能提供了结构基础。V2O5-HS在0.5C的电流密度下经过200次循环后，V2O5-HS的比容量保持在141mAhg-1；在1.5C下经过500次循环后依然具有91mAhg-1的比容量；在0.3、0.6、1.7、3和6C的电流密度下，V2

6、O5-HS分别具有258、216、171、139、和86mAhg-1的比容量。采用水热法在碳纤维布表面直接生长V2O5纳米带阵列，以多巴胺为碳源对V2O5阵列进行N掺杂碳包覆，制备得到了V2O5纳米带@N-碳/碳布自支撑电极。自支撑阵列电极简化了电极制备过程，避免了导电剂和粘结剂的加入。N掺杂碳包覆提高了V2O5电极的结构稳定性，降低了电极材料传荷阻抗，使其获得更好的电化学性能。在0.5C的电流密度下，V-12O5@C-N/碳布初始放电容量为272mAhg，循环50圈后，其容量保持在215mAhg-1。在10C的电流密度下，V

7、2O5@C-N放电容量为130mAhg-1。进一步的机理研究表明，V2O5@C-N/碳布电极存在一定的电容性储锂容量。在0.1、0.2、0.5和1.0mVs-1的扫描速度下，V2O5@C-N/碳布的电容性储锂比例分别为6%、10%、17%和24%。将V2O5液相剥离并与石墨烯进行原位复合，得到V2O5纳米片@石墨烯复合材料。与V2O5粉体相比，V2O5@石墨烯复合物具有更好的循环和倍率性能。在0.5-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文C的电流密度下，V-12O5@石墨烯复合物经过245次循环后具有203mAhg的比容量。在2C

8、的大电流下经过990次循环后依然具有136mAhg-1的比容量。在0.5C、1C、2C、5C和10C下分别具有275、250、230、200和165mAhg-1的比容量。石墨烯所赋予复合物导电性的提升和特殊的形貌使得V2O5@石墨烯电极不仅在循环过程中展示出更小的传荷电阻和电