论文部分内容阅读
因市售石墨类锂离子电池负极材料的理论容量较低(Li6C，372mAh·g-1)，导致其能量密度再大幅度提升受到瓶颈，进而不能满足其在纯电动汽车、国防空间战略装备等上的实际应用。相对其它新型负极材料而言，钒基化合物具有较高的理论容量（如:V2O5，1472mAh·g-1;V2O3，1070mAh·g-1）、价格低廉等优势而受到广泛关注。本论文针对钒基化合物较低的电导率以及充放电过程中的体积膨胀，通过与电导率较高的石墨烯进行复合并构建三维多孔结构以解决其用作负极材料时所存在的不足。具体研究，并得到如下主要结果或结论: 1)采用水热法，制备VO2纳米颗粒负载于三维网状多孔石墨烯凝胶的复合材料（VO2-rGO），纳米颗粒(4-10nm)均匀分布于石墨烯表面，石墨烯相互连接构成良好的导电网络。并通过对该材料的氧化处理，合成了具有类似微观结构的V2O5-rGO复合材料。 2)VO2-rGO作为锂离子电池负极材料时，在100mA g-1的电流密度下首次放电比容量达784.7mAh g-1，经过200次循环后具有570mAh g-1的可逆容量，在500mA g-1和1A g-1的高电流密度下分别具有425mAh g-1和340mAh g-1的可逆容量。V2O5-rGO作为锂离子电池负极材料时，同样具有优良循环性能(200次循环后490mAh g-1)和倍率性能（500和1000mA g-1的电流密度下达到410mAh g-1和330mAh g-1）。 3)通过水热和硫化氢硫化，制备了V3S4纳米颗粒(200-300nm)负载于三维多孔石墨烯凝胶的复合材料，V3S4纳米颗粒均匀紧密地负载于石墨烯片层，石墨烯和纳米颗粒的结合力通过密度泛函理论(DFT)进行计算，纳米级别的V3S4不仅具有较高的理论容量，而且能够缩短电子和锂离子的扩散路径。 4)V3S4-rGO-1/10作为电池负极材料时，表现出了良好的电化学性能。在0.2C（1C=374mA g-1）的电流密度下，循环200次后具有873mAh g-1的可逆容量，在5C和10C的大电流密度下，V3S4-rGO-1/10电极依然保持了502mAh g-1和338.7mAh g-1的可逆容量。