锂离子电池用V2O5薄膜正极材料的制备及性能研究

摘要

因具有理论嵌锂比容量高，资源丰富，价格便宜等优点，五氧化二钒(V2O5)已经成为一种很有发展前途的锂离子电池正极材料。但V2O5结构稳定性差和电子导电率低等缺点，限制了它在锂离子电池中的广泛应用。因此，为了提高V2O5正极材料在锂离子电池中的嵌锂性能，本文分别采用电沉积法和溶胶-凝胶法制备了V2O5薄膜正极材料，并对其电化学性能进行了研究。
　　 首先，利用XRD、SEM和TG-DTA对电沉积法制备的V2O5薄膜正极材料进行结构表征。XRD表明：在空气中，经过500℃焙烧1h，V2O5薄膜由非晶态转变成晶态，呈正交晶系结构；TG-DTA表明：温度在400℃以上时，V2O5发生晶型转变；SEM表明：V2O5是由分散均匀粒径在340nm左右的颗粒构成的薄膜，膜厚约8μm。作为锂离子电池正极材料使用后，V2O5颗粒尺寸减小，膜变薄。
　　 其次，采用循环伏安和恒电流充放电研究了电沉积条件对V2O5薄膜的电化学性能的影响。研究表明：当电沉积时间为10min，在500℃下焙烧1h时，电沉积法制备的V2O5薄膜具有最佳的电化学性能。当电流密度为12.5μA/cm2时，初始放电容量可达536.29mAh/g，经过10次充放电循环后，放电容量为480.76mAh/g，容量衰减率为10.35％；在相同条件下制备的另一个V2O5薄膜样品，当电流密度为12.5μA/cm2时，初始放电容量为505.34mAh/g，相应的充电容量为470.84mAh/g，不可逆容量为34.5mAh/g，经过50次充放电循环后，该样品的放电容量为385.70mAh/g，容量衰减率为23.68％。
　　 最后，采用溶胶-凝胶法制备了V2O5薄膜，并对其电化学性能进行了研究。结果表明：当添加1.4％PVP，在500℃下焙烧2h，所制备的V2O5薄膜的电化学性能最好。当电流密度为7.75μA/cm2时，V2O5薄膜的初始放电容量为85.11mAh/g，经过10次充放电循环后，放电容量为80.28mAh/g，容量衰减率为5.68％。