论文部分内容阅读
在已开展利用的锂离子电池电极材料中,V2O5因其理论容量高,易制备及成本低而备受关注。但因为它的导电性差、锂离子扩散系数小、循环寿命短等问题,该材料一直难以商业化。针对传统水热法合成V2O5纳米线存在耗时长、比表面积低,传统锂离子电池需采用粘结剂、导电剂、集流体等,引起的工艺复杂、成本高、能量密度低,液态电解液锂离子电池存在易泄露、易燃、有毒等问题,本论文采用高温水热法合成了高比表面积的V2O5超长纳米线,采用两步还原法制备了V2O5纯纳米线纸和V2O5/rGO复合纳米线纸,研究了液态电解液锂离子电池以及全固态锂离子电池的电化学性能,这对于解决锂离子电池存在的能量密度低、循环寿命短和安全性能差等问题具有重要意义,获得的主要结果如下:（1）使用水热法合成了V2O5超长纳米线,研究了水热反应温度和反应时间等对产物物相和微结构等的影响,获得了长度1 mm、直径为100 nm左右的V2O5纳米线。结合自组装工艺制备了纯V2O5纳米线纸,研究了它的循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学性能。结果表明,纯V2O5纳米线纸电极的CV及电压曲线只出现一对氧化还原峰,放电容量为0.57 mAh/cm2,倍率性能衰减幅度较大,循环1000次后容量只剩下初始容量的28%,交流阻抗测试其欧姆电阻为3.0Ω,SEI膜的阻抗为76.8Ω,电荷传递电阻为165.3Ω。（2）使用两步还原法（TSR）合成了V2O5/rGO复合纳米线纸,并对该复合纳米线纸的物相、微结构和电化学性能进行了研究。结果表明,V2O5/rGO复合纳米线纸中V2O5分布均匀,rGO的比重为15%。将其组装成液态电解液锂离子电池,在CV及电压特性曲线上呈现三对氧化还原峰,对应着放电容量为0.885 mAh/cm2,在电流密度为0.9mA/cm2下,1000次充放电循环后,仍有近70%的容量剩余;欧姆电阻为2.6Ω,SEI膜的阻抗为35.9Ω,电荷传递电阻为112Ω。rGO的掺入很好地改善了V2O5纳米线的导电性以及结构稳定性。（3）以固态聚合物作为电解质,将V2O5/rGO复合纳米线纸组装成全固态锂离子电池。结果表明,其CV及电压特性曲线基本吻合,在电流密度为17 mA/g时,其稳定的放电容量为343.5 mAh/g,充放电40次的测试中,库伦效率始终在99%以上,倍率性能较好,且其阻抗在充放电的过程中逐渐减小。此外,该电池在80℃的高温下可以驱动一个LED灯亮。与液态电解液锂离子电池相比,全固态锂离子电池拥有更宽广的电压窗口和安全性能。