Vox-CNT納米復(fù)合材料的制備和結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、能源是現(xiàn)代社會(huì)的生命線,溫室效應(yīng)、城市污染和有限的石油問(wèn)題使得可持續(xù)能源的開(kāi)發(fā)必須提上日程。因此,亟待研制出“電-能量-儲(chǔ)存”體系以滿足目前的需求。釩氧化物作為一種鋰離子注入材料,在能源轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存方面有著潛在應(yīng)用。本論文采用水熱合成的方法制備出釩氧化物與碳納米管(CNT)納米復(fù)合材料,通過(guò)改變水熱反應(yīng)復(fù)合材料比例、時(shí)間和溫度,研究納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和形貌,探討了該復(fù)合材料形成機(jī)理。另外,通過(guò)對(duì)主體材料進(jìn)行其它氧化物摻雜,研究了摻雜復(fù)合材

2、料的電化學(xué)性能。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　 采用溶膠-凝膠結(jié)合水熱法合成了Vox/CNT納米復(fù)合材料。當(dāng)水熱反應(yīng)溫度達(dá)到170℃以上才能得到穩(wěn)定的Vox/CNT納米復(fù)合材料。隨著CNT的增加Vox晶體結(jié)構(gòu)有序度降低;隨著水熱反應(yīng)時(shí)間的增長(zhǎng),氧化釩物相從V2O5向V3O7轉(zhuǎn)變。SEM及TEM圖像表明Vox/CNT納米復(fù)合材料具有交織互穿結(jié)構(gòu),其中氧化釩納米線長(zhǎng)度在幾十微米左右,直徑在100nm左右,CNT的長(zhǎng)度在幾微米左右,其

3、直徑為20～40 nm之間。復(fù)合材料的形成機(jī)理可以描述為:修飾處理后CNT上的羥基與羧基誘發(fā)了氧化釩溶膠粒子的自組裝生長(zhǎng),并成核生長(zhǎng)成一維納米結(jié)構(gòu),當(dāng)氧化釩納米線尺度達(dá)到一定程度時(shí)發(fā)生脫離,從而形成了Vox與CNT相對(duì)獨(dú)立,整體呈現(xiàn)交織的結(jié)構(gòu)。分別對(duì)Vox/CNT體系進(jìn)行MoO3和TiO2微量摻雜。發(fā)現(xiàn)微量的摻雜對(duì)納米復(fù)合材料形貌結(jié)構(gòu)特征改變不大。
　　 將Vox/CNT納米復(fù)合材料作為電池的陰極,金屬鋰片作為參比和對(duì)電極,組裝

4、成紐扣電池時(shí),其首次放電容量為331.3 mAh/g,50次后仍保持在187.1mAh/g,充放電效率達(dá)到97.2％以上。MoO3摻雜Vox/CNT使復(fù)合材料的循環(huán)穩(wěn)定性提高,首次放電容量為277.4.mAh/g,50次循環(huán)后為207.9 mAh/g,容量保持率提高了18.5％。TiO2摻雜Vox/CNT使復(fù)合材料的首次放電容量增高,并出現(xiàn)明顯的充放電平臺(tái),首次放電容量為382 mAh/g,50次循環(huán)后,其放電容量達(dá)到127 mAh/g