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《安徽工业大学》 2018年
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Li_3V_2(PO_4)_3和Na_3V_2(PO_4)_3正极材料的制备及其电化学性能研究

张香华  
【摘要】:随着化石能源的过度开采和环境污染恶化问题的出现,人们开始大力开发可再生能源,但是风能、太阳能等可再生能源会受到地理位置、季节等客观因素的影响,得不到高效的利用,因此,需要采用储能装置进行能源的转换和能量的储存。在储能装置中,锂离子电池由于其具有高能量密度、高功率密度和优异的循环性能,已得到广泛的应用和拓展。另外,钠离子电池由于资源丰富,成本低,与锂离子电池具有相似的工作原理,在储能领域受到了广泛的关注。由于正极材料作为二次电池的重要部分,对电池的电化学性起着决定性的作用,因此,本论文主要研究了高比能量的Li_3V_2(PO_4)_3正极材料和Na_3V_2(PO_4)_3正极材料。本论文第一章简要地介绍了电池的发展状况和锂离子电池的结构组成及工作原理,概述了锂离子电池正极材料和钠离子电池正极材料以及Li_3V_2(PO_4)_3正极材料和Na_3V_2(PO_4)_3正极材料的研究进展。最后对本论文的选题思路和研究内容做了扼要的介绍。本论文第二章主要介绍了实验过程中使用的实验药品、实验仪器,并详细阐述了电极材料的表征方法、锂/钠离子扣式电池的组装流程以及其电化学测试技术手段。本论文第三章主要采用溶胶-凝胶法,基于两种碳源(柠檬酸和span80)合成了一种完全碳包覆Li_3V_2(PO_4)_3纳米复合材料,该材料颗粒直径为100-200nm,嵌入碳涂层厚度为7nm的三维稳定碳骨架,完整的碳涂层不仅可以在高温煅烧条件下抑制晶粒的生长和团聚,还能提高Li_3V_2(PO_4)_3材料的导电性,进而使Li_3V_2(PO_4)_3材料具有突出的高倍率循环性能。本论文第四章主要采用固相碳热还原法合成了以四种不同碳源(Vc、麦芽糖、蔗糖和PEG-2000)包覆的Na_3V_2(PO_4)_3/C复合材料,得出PEG-2000包覆的样品具有突出的微观结构和良好的电化学性能。本论文第五章主要采用溶胶-凝胶法合成基于不同含碳量(Na_3V_2(PO_4)_3:柠檬酸=20wt%,30wt%,40wt%,50wt%)的四种Na_3V_2(PO_4)_3/C复合材料,发现含碳量为30wt%的样品具有多孔结构,促进钠离子和电子的快速传输,改善Na_3V_2(PO_4)_3电子传导率低的本征缺陷,进而提高了材料的电化学性能。本论文第六章主要采用水热法合成基于不同煅烧温度(550℃、650℃、750℃和850℃)的四种Na_3V_2(PO_4)_3/C复合材料,发现随着煅烧温度的升高,样品的颗粒尺寸逐渐增大,在煅烧温度为650℃时,颗粒尺寸最小,并生成三维网络碳骨架,对Na_3V_2(PO_4)_3/C的电子导电率的提高具有促进意义。电化学测试发现,其充放电容量较高,电荷转移阻抗较小,循环性能优异,倍率性能也是最好的。第七章主要总结了本论文进行研究工作,反思了论文的不足,并展望了以后的研究工作,以期进一步完善相关研究成果。
【学位授予单位】:安徽工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TM912

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