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时间:2019-05-11
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1、掺钴、锰V2O5薄膜电极的研究重庆大学硕士学位论文(学术学位)学生姓名:谯亚娟指导教师:余丹梅副教授专业:化学学位类型:理学重庆大学化学化工学院二O一四年五月ResearchonCo、MnDoped-V2O5ThinFilmElectrodeAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofSciencesByQiaoYajuanSupervisedbyAssociateProf.YuDanmeiSpecialty:ChemistryColleg
2、eofChemistryandChemicalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2014重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要因具有放电电压高、比容量高、资源丰富、价格低廉等优点,V2O5已经成为一种非常有发展前景的锂离子电池正极材料。但结构稳定性差和电导率低制约了其在锂离子电池领域的发展。本文采用溶胶-凝胶法制备掺钴、锰V2O5薄膜电极,利用X-射线衍射法(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重-差热法(TG-DTA)和电化学测试等技术,对掺钴、锰V2O5薄膜进行了系统研究。首先,XRD、S
3、EM、TEM和TG-DTA结果表明:掺入Co、Mn之后,V2O5晶体结构并没有发生改变,但构成V2O5薄膜的类似圆形纳米片转变为长方形,且每一纳米片又由直径为~30nm的纳米棒组成。掺钴V2O5薄膜由长~500nm、宽~170nm、厚~85nm的纳米片构成;掺锰V2O5薄膜由长~650nm、宽~120nm、厚~60nm+的纳米片构成。掺杂V2O5薄膜的这种形貌有利于减小Li嵌脱时的应力,抑制结构变化,有利于提高放电比容量和减小容量衰减。另外,掺杂Co、Mn原子取代V原子,使晶体在a轴和c轴方向的层间距增加,有利于充放电性能的提高。同时,掺杂导致氧缺陷的产生,从而提高材料的比容量。其次
4、,溶胶浓度和热处理时间影响着掺钴V2O5薄膜的电化学性能。研究发现:溶胶的最佳浓度是0.008mol/L。在400mA/g的电流密度下,用0.008mol/L溶胶制备的掺钴V2O5薄膜,放电比容量可达663mAh/g,每周期衰减率仅1.09%;最佳热处理时间为2h,在800mA/g的电流密度下,掺钴V2O5薄膜的放电比容量为662mAh/g,每周期衰减率1.15%。再者,研究证明:掺杂适量的钴、锰能有效的改善V2O5的电化学性能;钴、锰最佳掺杂量均为2.0%,放电比容量分别达758mAh/g和706mAh/g,每周期衰减率分别为1.26%和1.93%。模拟电池测试结果表明:掺钴V2O
5、5薄膜在电流密度为687mA/g时充放电比容量各自高达698mAh/g、710mAh/g,80次循环后每周期平均衰减率仅0.62%。当电流密度增大20倍时,掺钴V2O5薄膜的放电容量仅减小59%;当电流密度增大12.5倍时,掺锰V2O5薄膜的放电容量仅减小43%。总之,掺杂Co、Mn虽然不会改变V2O5的晶体结构,但影响着构成薄膜的纳米片形貌,这些特殊的形貌不仅大大地提高了V2O5薄膜电极的放电比容量,而且还有效地抑制了容量的衰减。因此,掺杂V2O5薄膜是一种具有应用潜力的锂离子正极材料。关键词:钴、锰,掺杂V2O5薄膜,锂离子电池,比表面积,高容量I重庆大学硕士学位论文英文摘要AB
6、STRACTVanadiumpentoxide(V2O5)hasbecomeaverypromisingcathodematerialforlithium-ionbatteriesbecauseofitsadvantageslikehighvoltage,highspecificcapacity,abundantresources,lowpriceandsoon.However,thepoorstructurestabilityandlowconductivityhavelimiteditsapplicationinthefieldoflithium-ionbatteries.Int
7、hispaper,bothCoandMndopedV2O5thinfilmswerepreparedbysol-gelmethod,whichmorphologiesandelectrochemicalperformancesweresystematicresearchedbymeansofXRD,SEM,TEM,TG-DTA,CVandCP.Firstly,resultsfromXRD,SEM,TEMandTG-DTAshowedthatthecryst
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