鋰離子電池用高容量V2O5薄膜電極的研究.pdf

1、因具有放電電壓較高、嵌鋰容量大、資源豐富、價(jià)格低等特點(diǎn)，五氧化二釩（V2O5）已經(jīng)成為一種很有發(fā)展前景的鋰離子電池正極材料。然而，當(dāng)用作鋰離子電池正極材料時(shí)，V2O5存在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差和電導(dǎo)率低等缺點(diǎn)，限制了其在鋰離子電池中的應(yīng)用。本文利用溶膠-凝膠（sol-gel）法制備了V2O5薄膜，并對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行系統(tǒng)研究。
　　首先，利用熱重-差熱（TG-DTA）、X-射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)V2O5薄膜的結(jié)構(gòu)形貌

2、進(jìn)行研究。結(jié)果表明：當(dāng)溫度高于350℃時(shí)，V2O5由非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷訝罱Y(jié)構(gòu)的正交晶型晶體，V2O5晶體的合成溫度范圍為350~650℃；在空氣中于500℃焙燒2h制成的V2O5薄膜，是由分散均勻規(guī)則的片狀V2O5晶粒堆積而成，片狀結(jié)構(gòu)的V2O5尺寸不大于200 nm，薄膜結(jié)構(gòu)致密。但當(dāng)作為鋰離子電池正極材料使用后，薄膜中V2O5晶粒的邊緣產(chǎn)生缺蝕。
　　其次，采用循環(huán)伏安法（CV）和恒電流充放電（CP）研究了V2O5薄膜電極的電化學(xué)

3、性能，結(jié)果表明：在-0.2V~0.6V（vs. Ag/AgCl）范圍內(nèi)，V2O5的CV曲線上有兩對(duì)對(duì)稱性很好的氧化還原峰，與CP曲線上的兩對(duì)充放電平臺(tái)相對(duì)應(yīng)，說明該V2O5薄膜具有良好的氧化還原可逆性，Li+在其中的嵌入和脫出分兩步進(jìn)行，放電時(shí)，首先是V5+在0.14V附近被還原為V4+，接著V4+在0.34V附近被還原為V3+，而充電過程與此相反；在電流密度為400 mA·g-1時(shí)，初始充電容量為664 mAh·g-1，放電容量為70

4、5 mAh·g-1，不可逆容量為41 mAh·g-1，說明V2O5薄膜具有良好的充放電循環(huán)穩(wěn)定性。
　　第三，研究了溶膠濃度（0.002~0.016 mol·L-1）和電流密度對(duì)V2O5電化學(xué)性能的影響，結(jié)果表明：隨著溶膠濃度的增大，V2O5薄膜的比容量先增大后減小，衰減率先減小后增大，當(dāng)溶膠濃度為0.008 mol·L-1時(shí)，制備的V2O5薄膜電化學(xué)性能最佳。在電流密度為400 mA·g-1時(shí)，初始放電容量可達(dá)715 mAh·g

5、-1，經(jīng)過10次循環(huán)充放循環(huán)，放電容量為611 mAh·g-1，每周期的容量衰減率為1.5％；但隨著電流密度的增加，V2O5薄膜的初始放電容量下降，容量衰減率增大。當(dāng)電流密度增加到1000 mA·g-1時(shí)，首次放電比容量?jī)H為339 mAh·g-1，每周期的容量衰減率上升到2.5%。
　　最后，對(duì)V2O5薄膜電極進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間充放電測(cè)試，在400 mA·g-1的電流密度下，首次放電比容量可達(dá)731 mAh·g-1，經(jīng)過100次充放電循環(huán)