鉅大LARGE | 點擊量:768次 | 2022年01月04日
漢陽大學(xué)研發(fā)一維釩酸鹽中空納米線負(fù)極材料
目前常用的鋰離子電池負(fù)極材料石墨的理論比容量僅為372mAh/g,而實際發(fā)揮容量最高僅為360mAh/g左右,這無法滿足下一代高比能鋰離子電池的需求,因此迫切的要開發(fā)新型的負(fù)極材料以取代現(xiàn)有的石墨類材料。
目前常見的硅基負(fù)極材料,其比容量最高可達(dá)到3000mAh/g以上,但是硅基負(fù)極材料也存在著致命的缺陷,在完全嵌鋰的狀態(tài)下,其體積膨脹最高可達(dá)300%,這會造材料顆粒粉化,負(fù)極活性物質(zhì)脫落,造成不可逆的容量損失,雖然人們已經(jīng)開發(fā)出了多種手段解決由硅負(fù)極膨脹所引起的問題,但是目前硅負(fù)極的應(yīng)用仍然處于探索階段,真正成熟的產(chǎn)品并不多。
人們也并未停下探索的腳步,不斷開發(fā)出各種新型的高容量鋰離子電池負(fù)極材料,而釩酸鹽材料就是其中的一種。近年來,復(fù)合過渡金屬氧化物由于其優(yōu)異的電化學(xué)性能而吸引了廣泛的關(guān)注,由于過渡金屬多種價態(tài)和較低的活化能使得這種材料具有優(yōu)異的電子導(dǎo)電性,特別是釩酸鹽材料作為正極和負(fù)極材料都吸引了廣泛的關(guān)注,例如AgVO3和Co3V2O8等材料都表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。
韓國漢陽大學(xué)的JuanXiang等結(jié)合目前的納米材料技術(shù)和釩酸鹽的研究成果,研發(fā)了一種一維釩酸鹽中空納米線制備工藝,該材料不僅具有釩酸鹽材料電子電導(dǎo)率高的優(yōu)點,也兼具了納米材料Li+擴(kuò)散距離短的特點,具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。
為了合成一維釩酸鹽中空納米線材料,JuanXiang采用了靜電紡絲技術(shù)。以Co3V2O8納米線合成為例,首先將Co和V的醋酸鹽溶解于DMF之中,然后加入pVp并持續(xù)攪拌12h,然后利用靜電紡絲工藝制成前軀體,前軀體被轉(zhuǎn)移到Al2O3基體上,并在500℃下焙燒3h,就可獲得一維中空納米線材料。除了Co3V2O8材料外,JuanXiang還用同樣的方法合成了Ni3V2O8和FeVO4材料。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
循環(huán)伏安測試發(fā)現(xiàn)Co3V2O8材料有兩個氧化還原峰,其中在還原過程中,分別位于0.63V和0.17V,氧化過程分別為1.47V和2.53V。
電化學(xué)測試顯示,Co3V2O8的首次放電和充電容量分別達(dá)到1110mAh/g和764mAh/g,首次效率約為68.8%,電池循環(huán)50次以后容量衰降到了644mAh/g,但是循環(huán)100此后,電池的容量上升到了968mAh/g。
為了測試Co3V2O8材料的倍率性能,分別采用了0.2,0.5,1,2,5,10A/g的電流密度,該材料的容量分別達(dá)到了970,744,648,570,470和349mAh/g。該材料在5A/g的電流密度下,循環(huán)1000次仍然能夠保持1000mAh/g以上的容量,循環(huán)2000次能夠保持900mAh/g左右的容量。
一維釩酸鹽中空納米線材料綜合了中空結(jié)構(gòu)和一維納米結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢,不僅具有良好的電子導(dǎo)電性,更是極大的縮短了Li+的擴(kuò)散距離,因此賦予該材料良好的倍率性能和循環(huán)性能。Co3V2O8材料的可逆容量達(dá)到1000mAh/g左右,是傳統(tǒng)石墨類材料的三倍左右,極大的提高了材料的能量密度。