水溶液电解质锂离子电池LiVO负极材料研究

摘要

在第一章中介绍了锂离子电池的组成、工作原理、发展历史和电极材料的研究现状。对水溶液锂离子电池及其电极材料研究以及LiV3O8的结构、制备和电化学性能进行了综述。 在第三章中采用液相法制备了LiV3O8电极材料，并对其在1MLi2SO4水溶液中的电化学性能进行了研究。结果表明，LiV3O8电极上的析氢过电位较大，因此充电时可充至较负的电位。在1MLi2SO4水溶液中的首次放电比容量最高可达96mAh/g。由于LiV3O8在水溶液电解质中不稳定，放电容量随充放电循环次数的增加而衰减较快，经10次循环后衰减为初始容量的40％。在充放电比容量和循环稳定性方面，液相法制备的LiV3O8优于固相法制备的LiV3O8。 在第四章中研究了不同水/乙醇体积比、不同锂盐及浓度的水-乙醇溶液电解质对LiV3O8电极性能的影响。结果表明，与第三章中纯水溶液电解质的情况相比，LiV3O8电极在放电比容量和循环稳定性方面都有一定程度的提高。当水/乙醇体积比为4：1时较为合适。倍率充放电性能测试表明，随充放电倍率增大，LiV3O8电极在水-乙醇溶液电解质中的放电比容量明显降低，大电流充放电性能不佳。 在第五章中采用液相法制备了化学掺杂Na的Li1-xNaxV3O8电极材料，对其在水-乙醇溶液电解质中的电化学性能进行了研究，并与LiV3O8电极进行了比较。循环伏安实验结果表明，部分Na取代得到的Li0.7Na0.3V3O8的动力学性能比LiV3O8要好，更有利于电化学反应。充放电性能测试表明，Li0.7Na0.3V3O8电极的放电比容量高于LiV3O8电极。 在第六章中研究了液相法LiV3O8制备过程中的热处理温度和粒子大小对LiV3O8电极在水-乙醇溶液电解质中电化学性能的影响。实验结果表明，在热处理温度为450℃条件下制备的LiV3O8具有较高的放电比容量。由于LiV3O8在水-乙醇电解质中具有一定的溶解度，因此LiV3O8粒径越大，其充放电比容量越大，循环稳定性越好。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2锂离子电池的发展简史

1.3锂离子电池的组成和工作原理

1.3.1锂离子电池的组成

1.3.2锂离子电池的工作原理

1.4锂离子电池电极材料

1.4.1正极材料

1.4.2负极材料

1.5水溶液电解质锂离子电池

1.5.1正极材料

1.5.2负极材料

1.6Li1+xV3O8的结构、制备及在非水体系中的电化学性能

1.6.1 Li1+xV3O8的结构

1.6.2 Li1+xV3O8的充放电反应

1.6.3影响Li+嵌入和脱出的因素

1.6.4Li1+xV3O8的制备方法

1.7研究背景及意义

第二章研究内容与测试方法

2.1研究内容

2.2化学药品与仪器

2.2.1化学药品

2.2.2仪器

2.3测试方法

2.3.1 LiV3O8(Li1-xNaxV3O8)的制备

2.3.2结构表征、测试分析

2.3.3 LiV3O8电极的制备

2.3.4电化学测试

第三章液相法制备的LiV3O8在水溶液电解质中的电化学性能

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1 LiV3O8的制备及结构表征

3.2.2 LiV3O8电极的制备

3.2.3电化学测试

3.3结果与讨论

3.3.1 X射线衍射(XRD)分析

3.3.2扫描电镜(SEM)形貌分析

3.3.3循环伏安曲线

3.3.4恒流充放电曲线

3.3.5循环稳定性

3.3.6导电剂添加量对LiV3O8电极放电比容量的影响

3.4结论

第四章液相法制备的LiV3O8在水-乙醇体系电解质中的电化学性能

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1 LiV3O8材料的制备

4.2.2 LiV3O8电极的制备

4.2.3电化学性能测试

4.2.4 X射线衍射(XRD)与热重-差热(TG-DTA)分析

4.3结果和讨论

4.3.1 LiV3O8的制备反应及前驱体的TG-DTA曲线

4.3.2 X射线衍射(XRD)分析

4.3.3扫描电镜(SEM)分析

4.3.4 Li2SO4-水-醇体系

4.3.5 CH3COOLi-水-醇体系

4.3.6 LiNO3-水-醇体系

4.3.7 LiClO4-水-醇体系

4.4结论

第五章化学掺杂对LiV3O8在水-乙醇溶液电解质中电化学性能的影响

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1 LiV3O8(Li1-xNaxV3O8)的制备

5.2.2结构表征和形貌分析

5.2.3 LiV3O8(Li1-xNaxV3O8)电极的制备

5.2.4电化学性能测试

5.3结果和讨论

5.3.1 X射线衍射(XRD)分析

5.3.2红外光谱(IR)分析

5.3.3扫描电镜(SEM)分析

5.3.4循环伏安(CV)曲线

5.3.5充放电曲线

5.3.6循环寿命曲线

5.4结论

第六章热处理温度和粒子大小对LiV3O8在水-乙醇溶液电解质中电化学性能的影响

6.1引言

6.2实验部分

6.2.1 LiV3O8的制备

6.2.2结构表征和形貌分析

6.2.3 LiV3O8电极的制备

6.2.4电化学性能测试

6.3结果和讨论

6.3.1热处理温度对LiV3O8电化学性能的影响

6.3.2 LiV3O8的粒子大小对其电化学性能的影响

6.4结论

总结与展望

参考文献

作者攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢