VO2的制备与电化学性能研究.pdf

刘渝萍等:镁可充电池正极材料VO13/VO2的制备与电化学性能研究
21089
文章编号:1001-9731(2015)21-21089-04
镁可充电池正极材料V。O13/VO2的制备与电化学性能研究
刘渝萍,张丁非,李晶,李婷婷,谢剑,苏红方,何春燕,李钰莹
(1.重庆大学化学化工学院,重庆400044;2.重庆大学博士后流动站,重庆400044:
3.重庆大学国家镁合金工程材料中心,重庆400044)
摘要:采用溶胶一凝胶法結合乙醇超声法制备了复正极材料对发展高能绿色镁可充电池具有重要的理论
合材料VO/VO13。通过SEM、XRD、CV、CP方法意义和现实意义
对复合材料VO2/VO13的微观形貌、相组成、电化学
钒氧化物是一系列常于锂离子电池中的正极材
储镁性能进行了研究。结果表明,通过乙醇超声和Ar料,具有高的氧化还原电势、多种氧化价态,电子容易
气氛煅烧还原V2O。可得到两相复合物45%VO2和转移,以及良好的电化学性能。然而在镁可充电池中
5%VO:;复合材料微观形貌为50~200nm的海胆所研究的钒氧化物主要有V2()50,V。(O3
状产物;复合材料V(O2/V。O)2的脱嵌镁过程均为两VO)。-,其他类型的钒氧化物(如VO)2)还未见报道。
步,仅有部分镁离子能可逆脱嵌;在0.3mA/cm2充放VO2具有锂离子脱嵌可逆性高、嵌锂电压相对较高的
电密度下,复合材料VO2/VO)3的首次放电比容量高特点,是已广泛受到关注的锂离子电池正极材料1?
达365mAh/g,放电平台约为一0.50V(v.SCE),经过另外,V。O13属于单斜晶系,具有类钙钬矿的框架结
1次充放电循环,它的放电比容量仍然有构,其晶格有足够的空间容纳客体离子,每摩尔V。O1
160mAh/g,保持了較好的充放电循环性能,但是复合最大嵌锂量可达8mol,适合客体离子的脱嵌,但嵌锂
材料V(O)2/V。の)3的脱嵌镁过程仍然受到镁离子扩散电压不高112。因此,本文希望发挥VO2和V。O)13各
控制。总的来看,复合材料VO2/V:O是一类有希望自的优点,采用溶胶凝胶法结合超声处理法,研究了
用于镁可充电池的钒系正极材料。
VO13/VO2复合材料的制备、微观形貌、相组成及脱嵌
关键词:镁可充电池;正极材料;V。O)3;VO2;溶胶镁的电化学性能
凝胶法
中图分类号:TB332
文献标识码:A
实验
DOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2015.21.019
2.1VO13/VO2复合材料制备
1引言
取1g分析纯的V2O。粉末分批缓慢加入到
100mL的10%的双氧水冰浴中,搅拌后得到红褐色钒
镁可充电池是以镁为负极的“摇橋式”的绿色二次酸溶胶,在所得溶胶中加入一定量的无水乙醇还原剂
电池。与成熟的锂离子电池相比,由于在大负荷用途再超声处理2h,然后低温保存(5~10℃),静置12h
方而有着潜在优势,高能、低成本、安全环保的镁离子待用。将静置过的溶胶放入真空干燥箱100℃真空烘
电池成为最有希望用于电动汽车的“绿色蓄电池”1日。作前驱体,然后将前駆体在管式炉中氩气、500℃下
与锂离子电池相比,镁可充电池的研究时间相当,但发煅烧2h,最后自然冷却得到的V(O2/VO)1:复合材料。
展却远远落后于锂离子电池,主要原因在于部:(1)2.2材料表征
Mg2在正极材料中嵌脱困难。尽管Mg和Li的离
采用XRD-6000型X射线衍射仪对钒氧化物复合
子半径非常接近,但是Mg2的电荷密度大,浴剂化效材料的物相结构进行分析。采用 Nova NANOSEM450
应更严重,因而Mg2比Ii更难在一般基质材料中可担描电子显微镜测试了钒氧化物的微观形貌。采用
逆嵌入/脱出,扩散更困难;(2)对于同一嵌人材料,镁CH160D电化学工作站的CV和CP技术研究了钒
可充电池工作电压一般比锂离子电池电压低1V;(3)氧化物的电化学脱嵌镁性能。电化学测试均采用三电
镁表面钝化膜使Mg2不能自由地出穿过,难以进行可极体系进行测试,工作电极为钒系氧化物,对电极为铂
逆沉积与溶解?只有在很高的电位下才出现镁的溶出电极,参比为饱和甘求电极,电解液为1mol/L.Mg
峰。目前既具有高工作电压又能可逆脱嵌Mg2的镁(ClIO)1)2/AN溶液,测试温度为25℃。CV的扫速为
离子电池正极材料还缺失,已严重制约了高能镁可充0.20mV/s,扫描电压区间为ー1.00~0.70V(vs.SCE)。
电池的实际应用。因此,寻找高工作电压、中等容量的CP的放电截止电压为-0.80V,充电截止电压0.70V
x基金项目:国家自然科学基金资助项日(21406021);重庆大学中央高校前上资助项日( CQDXWI-2012-036)
收到初稿日期:2014-11-14
收到修改稿日期:2015-03-24
通讯作者:刘渝萍,E-mail:liuliuyuping(G163.com
作者简介:刘渝萍(1978-),女,重庆人,博士,高级工程师,硕士生导师,从事能源材料与电化学研究