钒基化合物薄膜的液相沉积及电化学性能研究

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不可再生能源储量有限,且使用过程中会带来环境污染问题,使得人们开始大力研发新型清洁能源与储能设备。锂离子电池是目前研究最多的储能设备之一。钒在我国储量丰富,且价态多变,目前钒基化合物已经被作为锂离子电池的电极材料。为了进一步简化钒基化合物电极材料的制备过程,同时提高其电化学性能,本实验采用一种新型的、简单的低温液相沉积法并结合退火处理制得了三种不同的钒基化合物,并对他们的合成过程进行了优化,主要研究进展如下:(1)采用VOSO4、草酸和NaOH为原料,通过低温液相沉积并结合退火处理制得NaV6O15薄膜。实验探讨了薄膜沉积过程中各沉积参数以及退火处理的温度对沉积薄膜和产物薄膜的影响。在原料配比2:1、pH 3.33.4、钒源浓度0.2 mol/l、一段沉积参数75℃/6 h、二段沉积参数55℃/3 h的条件下制备的沉积薄膜较为理想。沉积薄膜经退火处理得到产物薄膜。沉积薄膜是水合钒酸盐相,由片式晶体簇组成。随着退火温度逐渐从300℃提高至500℃,产物薄膜的形貌和组成发生改变。经500℃退火后具有棒状形貌的单斜晶相NaV6O15生成。500℃退火的产物的电化学性能相对较好。NaV6O15材料在循环过程中容量出现衰减,主要是与晶体的不可逆转变以及薄膜与基板间的粘结力的降低有关。(2)采用VOSO4、草酸和氨水为原料,通过低温液相沉积法制得V2O5薄膜。实验研究了不同沉积参数和退火温度对薄膜制备的影响。当pH为3.43.5、原料配比2:1、加热条件75℃/6 h和55℃/3 h制得的沉积薄膜生长较好。将制得的沉积薄膜分别在300℃、400℃和500℃退火,均生成了产物薄膜V2O5,但不同退火温度下得到的产物薄膜形貌皆不同。其中,400℃退火的产物由层状结构的纳米棒组成,电化学性能比在其他温度下退火的产物薄膜的好。(3)采用VOSO4、草酸和KOH为原料,使用低温液相沉积法制得K0.23V2O5薄膜。研究了沉积液的酸碱度和原料配比对薄膜制备过程的影响。将pH为3.33.5、原料配比2:1的条件下制得的沉积薄膜经400℃煅烧处理得到产物K0.23V2O5薄膜。产物K0.23V2O5薄膜由细纳米棒组成,具有良好的倍率性能和循环性能。循环过程中容量的衰减主要由薄膜与基板间的粘结力降低导致。
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