水热法制备V2O5薄膜电极及其性能研究

摘要

因理论比容量高、能量密度大、原料来源广、廉价等优势，V2O5作为锂离子电池正极材料具有非常大的发展前景。但较差的结构稳定性、较低的电子导电率、以及较小的 Li+扩散系数，导致V2O5在锂离子电池中的应用有着诸多限制。本文通过简单易操作的水热合成法制备V2O5薄膜电极，并对其结构、形貌、电化学性能进行研究。
　　XRD、SEM分析测试表明：不同条件下制备的V2O5薄膜均是正交晶系层状结构，但在微观形貌上具有较大的差异性。随着水热时间的增加，V2O5的微观形貌由一维向三维结构变化，水热5h时，得到直径8～10μm，厚2～4μm的涡轮状纳米花；添加表面活性剂可得到比表面积更大的三维结构V2O5，添加溴化十六烷基三甲胺（CTAB）时，得到直径8～9μm的涡轮状V2O5纳米结构，并且在涡轮叶片缝隙中嵌有大量的粒径约为300nm的V2O5纳米颗粒。
　　电化学性能测试结果表明：随着水热时间、表面活性剂添加量的增加，V2O5薄膜电极的首次放电比容量均呈现出先增大后减小的趋势，在水热5h、添加4.27％的CTAB条件下制备的V2O5薄膜电极具有最优的电化学性能。在200μA/cm2充放电电流密度下，首次放电比容量达到237mAh/g，经35次充放电后，放电比容量保持率达到90%以上。当充放电电流密度由100μA/cm2逐步增加到600μA/cm2时，放电比容量由297mAh/g逐渐减小到154mAh/g，经36次循环后电流密度回到100μA/cm2时，放电比容量可稳定在210mAh/g，放电比容量保持率为70%，具有优异的倍率性能。
　　总之，水热5h、添加4.27%的CTAB条件下水热法制备的V2O5薄膜具有正交晶系结构，微观形貌上呈现较大的比表面积，使电解液和电极材料活性物质充分接触，缩短了Li+扩散路径，极大提高了V2O5薄膜充放电比容量和循环稳定性，电化学性能得到极大改善。

目录

1 绪 论

1.1 锂离子电池

1.1.1 锂离子电池发展历程

1.1.2 锂离子电池工作原理

1.1.3 锂离子电池结构组成

1.2 锂离子电池正极材料概述

1.2.1 钴酸锂

1.2.2 锰酸锂

1.2.3 磷酸铁锂

1.3 五氧化钒正极材料概述

1.3.1 V2O5结构特点

1.3.2 纳米结构V2O5制备方法

1.4 课题研究内容和意义

1.4.1 研究背景

1.4.2 研究内容

1.4.3 课题研究意义

2 实验部分

2.1 实验材料与实验仪器

2.1.1 实验材料

2.1.2 实验仪器

2.2 V2O5正极材料的制备

2.3 V2O5结构和形貌表征

2.3.1 X-射线衍射

2.3.2扫描电子显微镜

2.4 V2O5正极材料电化学性能测试

2.4.1循环伏安测试

2.4.2恒电流充放电测试

3 结果与讨论

3.1 水热时间对V2O5结构、形貌及电化学性能的影响

3.1.1结构表征

3.1.2 形貌表征

3.1.3电化学性能

3.2 表面活性剂对V2O5结构、形貌及电化学性能的影响

3.2.1不同PVP添加量对V2O5电化学性能的影响

3.2.2 不同表面活性剂对V2O5结构和形貌的影响

3.2.3 不同表面活性剂对V2O5电化学性能的影响

4 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 攻读硕士学位期间取得的科研成果