五氧化二钒与硫锂离子电池正极材料及其电化学性能研究

第1章绪论 (1)

1.1 引言 (1)

1.2 可充电锂离子电池概述 (1)

1.2.1 锂离子电池的发展 (2)

1.2.2 锂离子电池的原理和特点 (3)

1.2.3 锂离子正、负极材料 (4)

1.3 锂离子正极材料 (5)

1.3.1 锂离子正极材料的发展 (5)

1.3.2 锂离子正极材料的分类 (5)

1.4 锂离子正极材料五氧化二钒和单质硫 (8)

1.4.1 五氧化二钒、单质硫晶体结构 (8)

1.4.2 五氧化二钒、单质硫电化学特性 (8)

1.4.3五氧化二钒、硫电极材料制备 (9)

1.5 本文选题及工作内容 (10)

第2章实验 (12)

2.1 实验仪器和试剂 (12)

2.1.1 实验仪器 (12)

2.1.2实验试剂 (12)

2.2样品主要表征方法 (13)

2.2.1 扫描电子显微镜 (13)

2.2.2 透射电子显微镜 (13)

2.2.3 X射线衍射分析 (14)

2.2.4热重分析法 (14)

2.3 电极电化学性能分析 (14)

2.3.1 扣式锂电池的组装 (14)

2.3.2 锂电池性能测试手段 (15)

第3章静电吸附五氧化二钒及多壁碳纳米管叠层结构设计和性能测试 (16)

3.1 前言 (16)

3.2实验部分 (17)

3.2.1 V2O5纳米颗粒的制备 (17)

3.2.2 MWCNTs酸化处理 (17)

3.2.3 复合材料叠层结构的制备 (18)

3.3 结果与分析 (19)

3.3.1 V2O5颗粒表征 (19)

3.3.2复合材料叠层结构表征 (20)

3.3.3 电化学性能分析 (22)

3.4 本章小结 (24)

第4章氮掺杂多孔碳用于锂硫电池研究 (26)

4.1 前言 (26)

4.2 模板法碳化介绍 (27)

4.3 实验部分 (27)

4.3.1氮掺杂多孔碳（N-PC）制备 (27)

4.4 结果与讨论 (28)

4.4.1多孔碳（N-PC）表征 (28)

4.4.2 N-PC-S复合材料表征 (29)

4.4.3 N-PC-S复合材料用于电化学测试 (31)

4.4.4 本章小结 (33)

第5章总结与展望 (34)

5.1 总结 (34)

5.2 展望 (34)

参考文献 (36)

致谢 (43)

攻读硕士期间发表的文章 (44)

湘潭大学硕士学位论文

第1章绪论

1.1 引言

在众多金属元素中，锂金属因具有较低的比重(M=6.94gmol-1，ρ=0.54gcm-3)，低电势(相对于标准氢电极为-3.04V)及较高的理论比容量(3861mAhg-1)等优势，而被认为理想的电池负极。然而，以金属锂作为负极的锂电池表现出了很大的局限性，其中包括一次性放电，倍率性能差及安全隐患高。以碳材料或非金属Si 来代替锂金属作为负极的锂离子电池作却很好的缓解了这些问题，并表现出了很好的应用前景[1-3]。在锂离子电池中，正极为富锂过度金属氧化物，锂的存在形式也由单质变为化合态，由此提高了应用的可靠性。如今，锂离子电池以其突飞猛进的发展趋势，已成为人们生活中重要的储能设备之一。

随着时代的发展，锂离子电池的应用也面临着更多的挑战。这是因为现有的锂离子电池不能满足人们对其高能量密度、高功率密度、高倍率性能和长循环寿命的要求。然而，在其整个发展过程中，正、负极材料的研究是锂离子电池发展的关键，而正极材料作为锂离子电池重要组成部分相对质量比接近80％，直接影响着电池的性能。目前，所使用的过渡金属氧化物正极材料，其较低比容量及低能量密度表现出了较差的竞争优势。尤其是在面对电动汽车和质量更轻，体积更小的电子设备的兴起时，眼前的锂电池性能优势变得更加不明显。由此可见，寻找及研究具有更高能量密度和优良电化学性能新型正极材料来推动锂电池的发展更具有现实意义。对于人们所关注的新型正极材料研究中，锂离子电池的的充放电效率，循环寿命和倍率性能也成为了综合评估其使用性的重要参数[4-6]。

二十世纪末期，纳米技术的出现，大大的促进了锂离子电池的发展。这是因为纳米材料所具有的独特的微观结构及特性，使得在充放电过程中，更能有效地发生化学反应，维持电极结构的完整性，使锂电池表现出更高的比容量，更出色的循环寿命。此外，为了有效的改善电极整体导电性，通常选择加入导电剂与活性材料复合，其结果既减小了电极极化率，同时也很好的提高了锂电池的倍率性能。可以肯定的是，二次锂电池在众多电池种类中表现出了更好的发展前景。当然，随着时代的发展，锂离子电池作为最有效的储能器件，其具有更高比容量，更强充放电倍率及更长寿命的电化学性能也会逐步得以研究。

1.2 可充电锂离子电池概述