钒硅复合材料作为水系锂离子电池负极材料的应用

摘要

锂离子电池已广泛应用于便携式电子产品，在电动汽车与规模储能领域也具有广阔的应用前景。然而商业的锂离子电池均采用易燃有机电解液，不但有组装条件严苛、成本高等缺点，还存在较大的安全隐患，严重制约了锂离子电池的应用和推广。水系锂离子电池克服了传统使用有机体系电解液有毒、易燃，成本高和离子电导率低等缺点，成为继风能、太阳能等可再生能源后最具发展潜力的能源之一。目前碳材料和非碳材料是用于水系锂离子电池的负极的主要材料。石墨负极材料由于其来源广泛、价格实惠，性能稳定一直以来都占据主导地位，但是石墨负极材料也有大倍率放电性能差的缺陷，因此需要开发更高循环倍率的负极材料来代替石墨。
　　本文对在水系锂离子电池的电极材料 V2O5进行了研究。工作主要包括将V2O5与 SiO2热处理掺杂及钒氧化物与 H2C2O4互溶后再与碳复合等方法提高了其在作为水系锂离子负极材料时的充放电容量和稳定性。并通过XRD(X-射线衍射)、SEM(扫描电镜)、BET（比表面）等手段对材料的物相结构、表面形貌、进行了物理表征，采用恒流充放电和CV（循环伏安法）技术在Li2SO4的水溶液中对充放电容量，稳定性和氧还原反应进行了分析。主要做了以下几部分工作：
　　1、五氧化二钒和硅酸通过热处理制备得到了V2O5-SiO2，并通过XRD，SEM， TEM和N2吸脱附对其的结构和形态进行表征。通过测试CV和恒流充放电表明，这种材料在以水为电解质的锂离子电池中其锂离子的脱嵌是可逆的。并且放电容量可以达到199 mAh g-1，比其他在水电解质中的+5价钒的氧化物的放电容量大的多（小于110 mAh g-1)。此外，在经过100个循环的充放电后V2O5-SiO2的容量仍能保持12％，所以该材料比其他钒的氧化物有更好的循环稳定性。
　　2、将SiO2包覆的V-C圆球粒子分别在空气和N2条件下煅烧，通过XRD， SEM，和BET等对其结构和形态进行了表征。通过CV和恒流充放电表明，通过该种方法制备得到的粒子充放电循环100圈后其效率几乎能保持到98%，同时放电容量也达到100 mAh g-1。由此可见其循环稳定性得到了极大的改善。
　　3、用吡咯继续将第二部分制备得到的样品进行包覆，通过XRD，SEM，和BET对其结构和形态进行了表征。通过CV和恒流充放电表明，包覆后的V2O5具有更好的稳定性和循环性，经过100个循环后，放电容量依然保持了80%，且其库伦效率接近100%。所以该材料比其他钒的氧化物具有更稳定的循环性能。

目录

声明

西北师范大学研究生学位论文作者信息

第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 电池的发展及分类

1.3 锂离子电池简介

1.4 锂离子电池电极材料的介绍

1.5本论文的研究内容及意义

参考文献

第二章 V2O5-SiO2作为负极材料在水系锂离子电池中的应用

2.1引言

2.2实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 结论

参考文献

第三章 V-C@SiO2作为负极材料在水系锂离子电池中的应用

3.1 引言

3.2实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 结论

参考文献

第四章V-C@SiO2@C4H5N作为负极材料在水系锂离子电池的应用

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3结果与讨论

4.4 结论

参考文献

结论与展望

硕士期间发表论文及专利

致谢