论文部分内容阅读
为应对环境污染和化石能源匮乏等问题，储能器件的开发与应用日益飞进。锂离子电池因具有较高的能量密度、较强的电荷保持能力、宽的使用范围、可快速充放电和无记忆效应等优点，目前被广泛应用于生活的方方面面。电极材料作为锂离子电池的核心部件，对其进行有效的改性是目前提高电池性能的最为有效的方法。本文以溶胶凝胶为基础，在溶胶过程中对V2O5进行Mo6+的掺杂，通过改变Mo6+的含量，对所制备得到的MoxV2-xO5+y进行结构与性能的研究，并对MoxV2-xO5+y的合成机理做了简单探讨；同时，以氧化石墨烯为基体，负载MoxV2-xO5+y生长，确定V4+对材料的结构与性能的影响。主要研究内容和结果如下： Mo6+的掺杂对MoxV2-xO5+y的结构产生了较大影响。随着Mo6+掺杂量的增加， XRD测试表明MoxV2-xO5+y材料中的V3O7相有所增加且晶面间距略微增大，由XPS分析可知V4+的比例由V2O5的13.8%增加到了Mo0.04V1.96O5+y的29.3%；FESEM图像表明在Mo6+掺杂后，晶体颗粒之间相互连接，MoxV2-xO5+y的纳米片上存在V2O5、V3O7、MoV2O8等多种物相。MoxV2-xO5+y纳米材料的形成机理为：在溶胶凝胶过程中，MoO3溶胶与V2O5溶胶基团共有上的-OOH键发生断裂，与相邻基团相互连接，Mo6+或取代V5+形成缺陷或连接不同V2O5胶团嵌入层间，从而形成晶粒间相互连接、晶面间距增大的MoxV2-xO5+y纳米材料。 将MoxV2-xO5+y纳米材料作为电极材料，对其进行电化学性能测试，得到以下结果:掺杂后的V2O5电极材料拥有更好的结构稳定性及比容量，在400 mAg-1的电流密度下，Mo0.04V1.96O5+y的初始放电比容量为223.8 mAhg-1，经过50次循环后，放电比容量为145.3 mAhg-1，容量保持率为64.9%；而V2O5的初始放电比容量为200.8 mAhg-1，经过50次循环后，比容量骤降为80.3 mAhg-1，容量保持率仅为40.0%；掺杂Mo6+后材料所表现出的离子传输速率更快，电荷传递电阻有了明显的降低。 为了更多的了解 V4+与 Mo6+对 V2O5的结构与性能产生的影响，在MoxV2-xO5+y制备过程中加入了氧化石墨烯，研究表明在MoxV2-xO5+y中加入5 wt%氧化石墨烯后，在Mo6+与氧化石墨烯的共同作用下，V4+的含量大大增加，材料的物相发生V2O5→V3O7→V6O13→VO2的变化。在氧化石墨烯添加量为10 wt%时，得到的样品为V6O13，氧化石墨烯转变石墨烯并对纳米材料进行了包覆。