钽离子电池正极材料VO2(B)/C的制备及其改性研究

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层状过渡金属氧化物VO2(B)由于具有典型层状结构、原料来源丰富、放电比容量高等特点而成为当今的研究热点之一。然而VO2(B)在充放电过程中循环稳定性较差,这限制了其作为锂离子电池正极材料的应用。针对上述问题,本文采用简单的一步水热合成法,分别以葡萄糖和蔗糖作为还原剂和碳源,制备出VO2(B)/C复合材料,并将该材料与导电聚苯胺复合,以期提高复合材料的电子电导率,改善其电化学性能。V2O5与不同质量葡萄糖经水热还原制得VO2(B)/C复合材料。测试表明,当葡萄糖的质量为0.1100 g时,能够制备出纯度最佳的VO2(B)/C复合物(G4)。电化学测试表明,G4复合物首次放电容量为209.5 mAh g-1,100次充放电循环后,能够保持在138.5 mAh g-1,容量保持率为66.3%;在放电倍率依次为50,100,200,500,1000和50mA g-1时,放电容量依次为208,173.8,152.7,126.6,106.8,150.2 mAh g-1,展现了较好的倍率性能。CV测试表明,随着循环次数的增加,氧化还原峰电势差逐渐减小,标志着材料具有较好的电化学可逆性。   本研究以不同质量蔗糖为还原剂,同样用水热还原法制备出VO2(B)/C复合材料。当蔗糖含量为0.0713 g时,所制备出的VO2(B)/C复合物(S3)具有最好的电化学性能。S3首次放电容量为218.6 mAh g-1,100次充放电循环后,仍能保持在152.6 mAh g-1,容量保持率为69.8%;在放电倍率依次为50,100,200,500,1000和50 mA g-1时,放电容量依次为220.2,213.8,187.4,176.2,152.6,127.9和166.7 mAh g-1,说明材料具有较好的倍率性能。产物S3的电化学性能优于G4,推测可能是由于S3具有纳米带状结构且碳含量适中。以产物S3和导电聚苯胺为原料,通过机械共混法成功的制备出PANI/VO2(B)/C复合材料,研究表明,M3(3 Wt%PANI)复合材料具有较高的首次放电容量215.9 mAh g-1,且经过30周充放电循环后,容量能够保持在173.2 mAh g-1,容量保持率为80.2%,材料的循环稳定性相对于S3有一定提高。机械混合法环保、快速,简单方便,具有一定的研究价值,有利于拓宽以复合材料为基础的锂离子电极材料的发展及应用。
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