基于氮化钒一维复合材料的可控合成及锂硫/锂电性能研究

摘要

随着社会经济的快速发展，以及先进的便携式电子设备及电动汽车等在日常生活中的广泛应用，人们对能源的需求日益增加。相比传统的矿物燃料，锂离子二次电池对环境的污染相对较小，且能量密度较高，体积更为轻便，目前己被应用到社会生活的方方面面。然而尽管已经得到广泛应用，目前商业化的锂离子电池仍然存在能量密度无法满足社会日益增长的需要的问题，仍需要不断开发新型电池材料。氮化钒(VN)具有较高的稳定性和导电率，到目前为止已经广泛应用于超级电容器及锂离子电池中。本论文中我们合成了氮掺杂碳包覆的氮化钒一维复合材料(VN@C)，并研究了其在锂硫及柔性锂离子二次电池中的应用。本论文的主要研究内容如下:
　　(1)我们以五氧化二钒粉末为原料合成了五氧化二钒纳米线前驱，经过聚合反应及后续的氮化得到了VN@C，将其用于锂硫电池中。由于氮化钒及包覆碳层的良好导电性，复合材料改善了硫正极不导电的问题，同时我们发现在氮化钒存在的情况下，锂硫电池的化学反应动力学增强，多硫化物转化加快，从而减弱了多硫化物扩散导致的穿梭效应。测试发现电池在1C时循环300圈后容量维持在592.2mAh g-1，库伦效率几乎可以达到100％，6C大电流下倍率性能为550mAhg-1。即使在4.2mg cm2的高面载量时，仍然能达到1127mAhg-1的比容量。
　　(2)我们将合成的VN@C材料与石墨烯进行复合，通过简单的抽滤方法合成了柔性VN@C/G复合材料，并探究了其在柔性锂离子二次电池中的应用。该材料在弯折状态下仍然可以保持结构的完整性，表现出了较好的机械强度，另外石墨烯导电性较好，复合材料中石墨烯与VN@C交错构成了强导电性的三维网络。因此在面载量为5mg cm-2时，半电池测试其性能在0.1Ag-1时200圈后容量为2.7mAh cm-2，组装全电池后可以成功点亮LED灯泡，在0.1Ag-1下300圈后容量维持在1.06mAh cm-2，并且在更高面载量(18.3mg cm-2)时仍有很好的电化学性能。

目录

声明

摘要

1．1．1 引言

1．1．2 锂硫电池的研究背景

1．1．3 锂硫电池的工作原理

1．1．4 锂硫电池面临的问题

1．1．5 锂硫电池的研究现状

1．2 柔性锂离子电池简介

1．2．1 引言

1．2．2 柔性锂离子电池的研究背景

1．2．3 柔性锂离子电池的研究现状

1．3 本论文的选题背景和主要研究内容

参考文献

第二章 氮掺杂碳包覆的氮化钒纳米线作为锂硫电池正极载硫材料的研究

2．1 引言

2．2 化学试剂及实验设备

2．2．1 材料制备

2．2．2 材料表征

2．2．3 电化学性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 形貌表征

2．3．2 物相与结构表征

2．3．3 VN@C／S的结构表征

2．3．4 电化学性能分析

2．4 本章小结

参考文献

第三章 氮掺杂碳包覆的氮化钒与石墨烯复合材料作为柔性锂离子电池负极材料的研究

3．1 引言

3．2 化学试剂及实验设备

3．2．1 材料制备

3．2．2 材料表征

3．2．3 电化学性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 形貌表征

3．3．2 物相与结构表征

3．4 电化学性能测试

3．4 本章小结

参考文献

本论文的创新点和不足

致谢

攻读学位期间发表的学术论文