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纳米阵列结构因其结构的高度有序,除具有一般纳米材料的性质外,其量子效应也更为突出;而且很容易通过电、磁、光等外场实现对其性能的控制,成为设计纳米超微型器件的基础。银钒氧化物(SVO)保留着钒氧化物的层状结构,同时因为钒具有多种氧化态、独特的离子特性及电化学性能,使得银钒氧化物在锂离子电池方面有广阔的应用。然而在实际应用巾,银钒氧化物作为锂离子电池正极材料也存在着很多缺点,例如电导率低、容量衰减快,循环可逆性差等;本文以银钒氧化物纳米阵列为研究对象,利用XRD、FESEM、TEM、电池充放电、循环伏安法、I-V测试和交流阻抗等现代测试方法,对上述纳米材料的结构和性能进行了表征与分析。主要的研究内容和结果如下:
采用水热法在不同的基片(玻璃基片、FTO导电基片、ITO导电基片)构筑出银钒氧化物纳米阵列结构。研究了反应时间、反应源对产物结构的影响,并探究了不同基片对产物结构的影响。结果显示,F离子及重力作用对于银钒氧化物是否能在基片上生长扮演了重要角色。同时放置ITO基片下的产物尺寸更加均一,比表而更大。
对银钒氧化物纳米阵列进行电化学性能测试。首先利用三电极法对在导电基片上的银钒氧化物纳米阵列进行循环伏安测试。结果显示,FTO基片与ITO基片上的银钒氧化物呈现两种不同趋势。随着循环次数的增加,FTO基片下产物的CV曲线面积不断增大,而ITO基片下的产物则相反。同时通过这种原位测试发现,部分β-AgVO3不可逆的转变为Ag1.92V4O11。此外,对于阵列化的银钒氧化物进行了恒流充放电测试,发现当电流密度越小时,其电容值越大。尽管结果显示并不是特别良好,但其也拓展了银钒氧化物的应用领域,直接推动了阵列化银钒氧化物器件方向的发展。
此后将基片上的物质剥落组装成锂离子电池,进行恒流充放电、循环伏安测试等,与纳米线结构的β-AgVO3相比,本文得到的凤尾兰状β-AgVO3具有更好的循环稳定性,其容量衰减率仅为0.167%。同时发现,银钒氧化物其在大电流充放电的条件下,比起小电流充放电其循环稳定性能更加突出。结果表明通过水热法制备的凤尾兰样品具有优异的大倍率充放电性能。