银钒氧化物/聚合物同轴纳米电缆的构筑、结构和性能研究

【摘要】： 同轴纳米电缆不仅可以结合核层和壳层两种材料的性能优势,而且可以由两者异质界面和协调效应而产生新的性能,具有极大的研究价值。银钒氧化物(SVO)的层状结构,钒的多种氧化态,独特的离子特性和电化学性能,使其在锂离子电池正极材料方面有广阔的应用。但在实际应用中,银钒氧化物正极材料也存在着电导率低、容量衰减较快,循环可逆性差等缺点；而导电聚合物如聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PANI)以其有较好的空气稳定性、较高的导电性、环境无毒性,可逆的氧化还原特性和易掺杂性在电化学等领域有着诱人的应用前景。本文以银钒氧化物／聚合物同轴纳米电缆为研究对象,利用XRD、FTIR、FESEM、TEM、I-V测试、电池充放电、循环伏安法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： 采用基于纳米线法两步构筑了银钒氧化物／聚合物同轴纳米电缆。首先采用流变相自组装法及简单水热法合成了产率极高、形貌和结构良好的β-AgVO3纳米线,然后使吡咯或苯胺单体在分散的β-AgVO3纳米线表面发生化学氧化聚合得到AgVO3/PPy和AgVO3/PANI同轴纳米电缆,壳层均匀,厚度范围为6～16 nm。酸性介质、单体加入量过多及反应时间过长均易导致产物中Ag杂质的产生及主体材料的破坏。 以同轴纳米电缆为正极活性材料组装锂离子电池。采用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等方法研究了同轴纳米电缆的充放电容量、电化学循环可逆性、锂离子扩散等电化学性能,与纯β-AgVO3纳米线进行对比,发现PPy及PANI包覆均可改善β-AgVO3的电池性能,其中以AgVO3/PANI同轴纳米电缆的电化学性能最佳,其次为以(NH4)2S2O8作氧化剂构筑的AgVO3/PPy同轴纳米电缆,而以AgVO3作氧化剂构筑的AgVO3/PPy同轴纳米电缆电化学性能改善幅度不大,同时发现,聚合物量不是越大越好,这与所包覆的聚合物本身特性及产物结构组成差异有关；而Ⅰ-Ⅴ测试表明同轴纳米电缆电化学性能的改善与其导电性的提高有一定关系。