掺钴、锰V2O5薄膜电极的研究

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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