Vox-CNT納米復合材料的制備和結構性能研究.pdf

1、能源是現(xiàn)代社會的生命線,溫室效應、城市污染和有限的石油問題使得可持續(xù)能源的開發(fā)必須提上日程。因此,亟待研制出“電-能量-儲存”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,在能源轉化和儲存方面有著潛在應用。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)納米復合材料,通過改變水熱反應復合材料比例、時間和溫度,研究納米復合材料的結構和形貌,探討了該復合材料形成機理。另外,通過對主體材料進行其它氧化物摻雜,研究了摻雜復合材

2、料的電化學性能。主要研究內容和結果如下:
　　 采用溶膠-凝膠結合水熱法合成了Vox/CNT納米復合材料。當水熱反應溫度達到170℃以上才能得到穩(wěn)定的Vox/CNT納米復合材料。隨著CNT的增加Vox晶體結構有序度降低;隨著水熱反應時間的增長,氧化釩物相從V2O5向V3O7轉變。SEM及TEM圖像表明Vox/CNT納米復合材料具有交織互穿結構,其中氧化釩納米線長度在幾十微米左右,直徑在100nm左右,CNT的長度在幾微米左右,其

3、直徑為20～40 nm之間。復合材料的形成機理可以描述為: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,并成核生長成一維納米結構,當氧化釩納米線尺度達到一定程度時發(fā)生脫離,從而形成了Vox與CNT相對獨立,整體呈現(xiàn)交織的結構。分別對Vox/CNT體系進行MoO3和TiO2微量摻雜。發(fā)現(xiàn)微量的摻雜對納米復合材料形貌結構特征改變不大。
　　 將Vox/CNT納米復合材料作為電池的陰極,金屬鋰片作為參比和對電極,組裝

4、成紐扣電池時,其首次放電容量為331.3 mAh/g,50次后仍保持在187.1mAh/g,充放電效率達到97.2％以上。MoO3摻雜Vox/CNT使復合材料的循環(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使復合材料的首次放電容量增高,并出現(xiàn)明顯的充放電平臺,首次放電容量為382 mAh/g,50次循環(huán)后,其放電容量達到127 mAh/g