棒狀鈉釩氧化物的制備及其電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、鈉釩氧化物用作鋰離子電池(LIBs)正極材料時(shí)，具有原材料成本低廉、比容量高、循環(huán)穩(wěn)定性好和倍率性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。因而在動(dòng)力電池領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。然而，復(fù)雜的電極材料制備方法限制了其商業(yè)化應(yīng)用。本文系統(tǒng)地研究了鈉釩氧化物的制備、微結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能;闡明了其組成、微結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能之間的相互關(guān)系;揭示了鈉釩氧化物的電化學(xué)儲(chǔ)鋰機(jī)理和循環(huán)衰退原因;可為進(jìn)一步研究和開發(fā)高性能的鈉釩氧化物正極材料奠定了基礎(chǔ)。本文的主要研究結(jié)果如下:

2、　　1)以氟化鈉和偏釩酸銨為原料（摩爾比為1∶3），通過低溫固相煅燒法制備了棒狀NaV3O8材料。X射線衍射(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)研究表明，隨著煅燒溫度的升高，NaV3O8材料的純度和結(jié)晶度逐漸升高，棒的尺寸逐漸增大。對(duì)NaV3O8的微觀形貌與電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能之間關(guān)系的研究表明，棒的尺寸越大，儲(chǔ)鋰容量越低、循環(huán)性能與倍率性能越好。其中，在450℃下合成的NaV3O8納米棒具有最佳的綜合儲(chǔ)鋰性能:在30mAg-1的電流密度下充

3、放電，放電比容量高達(dá)226mAhg-1;在100和300mA g-1下循環(huán)100次后無明顯的容量衰減。儲(chǔ)鋰機(jī)理研究表明，NaV3O8的鋰化是一個(gè)單相反應(yīng)過程，在儲(chǔ)鋰過程中轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)ixNaV3O8（本文中x最大值為2.5）。原位透射電子顯微鏡(in-situ TEM)觀測(cè)結(jié)果表明，隨著嵌鋰反應(yīng)的進(jìn)行，NaV3O8晶格發(fā)生了膨脹，使納米棒的邊緣產(chǎn)生了裂縫。在反復(fù)的嵌脫鋰過程中，NaV3O8的棒狀結(jié)構(gòu)斷裂是導(dǎo)致其循環(huán)性能逐漸衰退的主要原因。<

4、br>　　2)改變氟化鈉和偏釩酸銨的摩爾比為1∶6，可制備出棒狀NaV6O15材料。XRD和SEM研究表明，隨著煅燒溫度的升高，NaV6O15材料的純度和結(jié)晶度逐漸升高，棒的尺寸逐漸增大。對(duì)比不同溫度下合成NaV6O15材料的電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能發(fā)現(xiàn)，在450℃下合成的NaV6O15納米棒具有最佳的綜合儲(chǔ)鋰性能:首次放電比容量為325mAh g-1;但是其循環(huán)穩(wěn)定性較差，在100mA g-1的電流密度下循環(huán)100次后，放電比容量為114mAh

5、g-1，容量保持率為66％。非原位掃描電子顯微鏡(ex-situ SEM)結(jié)果表明，在反復(fù)的嵌脫鋰過程中，NaV6O15棒狀結(jié)構(gòu)的破壞是其容量衰減的主要原因。
　　3)改變氟化鈉和偏釩酸銨的摩爾比為1.25∶3，可制備出棒狀Na1.25V3O8材料。XRD和SEM研究表明，隨著煅燒溫度的升高，Na1.25V3O8材料的純度和結(jié)晶度逐漸升高，棒的尺寸逐漸增大。對(duì)比不同溫度下合成Na1.25V3O8材料的電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能發(fā)現(xiàn)，在450℃