基于氮化钒球形纳米材料及其复合材料的制备与电化学性能研究

摘要

锂硫电池因其高的比容量和能量密度、硫储量丰富、易得受到了越来越多的关注，但多硫化物的穿梭效应、循环过程中大的体积效应及硫导电性差等问题限制了其进一步的发展。研发一种新型的载硫材料是解决这些问题的一个有效手段。其中氮化钒因具有导电性高、化学/结构稳定性好和对多硫化物具有较强的作用力等优点，是一种很有潜力的载硫材料。此外，石墨低的比容量已经不能满足人们的高需求，因此研发一种新型的负极材料是十分迫切的。属于转化机制的氮化钒拥有高的理论比容量，但循环过程中较大的体积效应导致的电池循环稳定性较差等问题窒碍了此类材料实际应用。
　　针对以上锂硫电池及锂离子电池面对的问题，本论文中主要研究了有关氮化钒及其复合材料的制备与电化学性能研究，主要内容如下:
　　(1)设计具有特殊结构的纳米材料、元素掺杂、碳包覆或与其它材料进行复合等是对电极材料进行改性的有效手段。在本论文中，采用溶剂热及后续煅烧的方法首次成功合成了蛋黄/壳结构的钴掺杂的氮化钒(Co-VN)纳米球并对此结构的形成过程进行了探究，之后对Co-VN进行碳包覆，合成了Co-VN@C材料，并将此材料首次用作载硫材料。由于独特的蛋黄/壳结构优势和VN、掺杂的钴及氮掺杂的碳(N-C)三者之间的协同作用，即便在高面载量时，Co-VN@C/S电极仍可以表现出出色的电化学性能。
　　(2)通过溶剂热及后续氨气煅烧的方法合成了蛋黄/壳结构的Co-VN纳米球和双层壳VN中空微纳球，之后用PDDA对所得的两种材料进行修饰，再与氧化石墨烯进行复合，经冷冻干燥及氮气煅烧过程后，制备了Co-VN/RGO和VN/RGO两种复合材料。将这两种复合材料首次应用于锂电，由于复合材料独特的结构优势并结合了VN与石墨烯两者的优点，即使在大电流时，Co-VN/RGO和VN/RGO两种电极均表现出出色的锂电性能。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 中空球材料概述

1．2 锂硫二次电池简介

1．2．1 锂硫电池研究背景

1．2．2 锂硫电池的工作原理

1．2．3 锂硫电池存在的问题

1．2．4 锂硫电池正极载硫材料的进展

1．3 锂离子二次电池简介

1．3．1 锂离子二次电池的研究背景

1．3．2 锂离子二次电池工作原理

1．3．3 锂离子二次电池负极材料

1．3．4 过渡金属氮化物作为锂离子二次电池负极材料的研究进展

1．4 本论文的选题背景及主要的研究内容

参考文献

第二章 蛋黄／壳结构的Co-VN@C纳米球的制备及其在锂硫二次电池中的应用

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 样品制备

2．2．2 样品表征

2．2．3 样品电化学测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 Co-VN前驱体的形貌表征及结构形成机理

2．3．2 Co-VN@C／S复合材料的形貌表征及元素分布

2．3．3 Co-VN@C／S复合材料的物相表征

2．3．4 热重分析及比表面测试

2．3．5 Co-VN@C与多硫化物／硫之间的相互作用

2．3．6 电化学性能测试

2．4 本章小结

参考文献

第三章 Co-VN／RGO和VN／RGO复合材料的制备及其锂离子二次电池性能研究

3．1 引言

3．2 化学试剂及实验设备

3．2．1 化学试剂

3．2．2 实验设备

3．2．3 样品表征

3．2．4 样品电化学测试

3．3．2 Co-VN／RGO复合材料的物相表征

3．3．4 Co-VN／RGO复合材料的热重分析

3．3．5 样品的锂电性能测试

3．4 VN／RGO材料的制备及其锂电性能研究

3．4．1 VN／RGO复合材料的制备

3．4．2 VN／RGO复合材料物相表征

3．4．3 VN／RGO复合材料的形貌表征及元素分布

3．4．4 VN／RGO复合材料的热重分析

3．4．5 锂电性能测试

3．5 本章小结

参考文献

论文的创新点与不足之处

致谢

攻读硕士期间发表和待发表的论文