钒氧化物系列微纳材料作为二次电池正极材料的制备及电化学性能研究

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钒氧化物及钒酸盐类系列材料多种可变的价态,以及开放的层状结构,易于无机、有机小分子的嵌入,使其在传感器、光敏材料、超导材料、催化剂、二次电池等领域有着非常广泛的用途,从而一直是人们研究的热点。但是该系列材料普遍具有利用率低、锂离子扩散慢、电导率低等缺陷。与常规块体材料相比,纳米材料由于具有反应活性高、电荷传输路径短等特点,在电极材料的应用中具有很大的优势。在众多的纳米材料合成方法之中,水热法/溶剂合成出来的材料一般具有结晶好、团聚少、纯度高、粒度分布窄的特点,从而广泛应用于纳米材料的制备。本文主要通过水热、溶剂热法合成了一系列钒氧化物及钒酸盐类的纳米材料。并对所合成的一系列纳米材料进行物相、形貌、光谱、能谱等表征,考察了其作为锂、镁二次电池正极材料的电化学性能,主要内容有以下两部分:   (1)通过水热法制备了花状NH4V4O10微纳米结构。采用XRD,SEM,TEM,XPS等测试手段对样品结构、形貌和组成进行了表征。实验结果表明,所制得的NH4V4O10花状结构是由直径约100 nm,长度为几微米的纳米带团簇形成。研究了反应体系中温度、时间等因素对NH4V4O10产物形貌的影响。将制备的NH4V4O10组装成锂模拟扣式电池,考察了其电化学嵌锂性能。研究结果显示,所制备的花状NH4V4O10具有较高的比容量(307 mAh·g-1),有望作为锂离子电池的新型正极材料。   (2)通过水热、溶剂热法分别合成了V2O5纳米片、VO2纳米线、V4O9微米花结构。采用XRD、SEM对所得产物的晶体结构及微观形貌进行表征。对所制备的材料组装成镁模拟扣式电池(采用Mg(AlCl2BuEt)2/THF电解液体系)进行电化学测试。测试结果表明,V2O5纳米片材料组装的电池的开路电压约为1.7V,电池材料的电荷传递电阻(Rct)值约1.1 kΩ,5 mA·g-1电流密度下首次放电比容量约为105 mAh·g-1。VO2纳米线组装的电池的开路电压约为1.6 V,电池材料的Rct值约1.5 kΩ,5 mA·g-1电流密度下的首次放电比容量约为160mAh·g-1,并且电化学储镁反应具有可逆性。V4O9微米花组装的电池的开路电压约为1.1 V,5 mA·g-1电流密度下的首次放电比容量约为105.2 mAh·g-1。  
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