摘要
锂离子电池作为一种可反复进行充放电而多次使用的绿色电池得到广泛的研究和应用。目前商用的锂离子电池正极材料存在比容量低的缺点，使锂离子电池的发展应用受到限制，需要寻找具有优秀电化学性能的新型正极材料来改变现状。钒是多价态元素，形成的钒氧化物一般具有较高的理论比容量，是一种有较好发展前景的新型正极材料。但是钒氧化物的实际比容量远低于理论比容量，结构稳定性和锂离子扩散系数都较低，仍然需要深入研究以提升其电化学性能。混合价态V6O13的理论比容量高达420mAhg-1，具有很高的理论容量优势。但稳定地制备出单一晶相的V6O13仍然是一大难点。VO2(B)的理论比容量达到323mAhg-1，被认为是综合性能最好，最有可能实现商业化的钒氧化物。但是容易在高温下发生相变，所以制备过程要求较高。本文主要对V6O13和VO2(B)进行合成与改性，以提升材料的电化学性能。 采用水热法，通过调控还原剂的用量和煅烧的温度，稳定地合成出单一晶相的微花状V6O13正极材料，该材料的初始放电比容量(376.7mAhg-1)接近理论比容量，具有较好的稳定性，循环50次后的容量保持率为69.8%。在合成纯V6O13正极材料的研究基础上，在水热过程中加入硝酸铜，进行原位掺杂改性研究，成功合成出微花状Cu掺杂V6O13正极材料，进一步提升V6O13材料的结构稳定性。铜离子进入V6O13晶格取代钒离子，使得晶格膨胀，拓宽了层间的距离，提高了材料的结构的稳定性。低价态的铜离子进入晶格，形成了新的导电中心，降低了材料的内阻，增加了材料的充放电循环性能。与纯样比较，铜掺杂样品循环50次后的容量保持率提升了8.9%。 采用水热法，以淀粉为碳源进行了碳复合VO2(B)正极材料的研究。水热过程中首先生长出了VO2(B)颗粒，然后适量的淀粉水解后聚合成新的高聚物沉积在颗粒表面，煅烧后高聚物裂解生成无定型碳作为导电物附着在颗粒表面。聚合物在煅烧过程中分子链断裂生成水分子和气体，气体从颗粒表面逸出形成了多孔碳层。碳层上的孔洞为锂离子提供扩散通道，碳层能增加材料的电导率，多孔碳层复合改性可以提高VO2(B)的电化学性能，循环50次后的容量保持率为77.8%。VO2(B)在煅烧后部分晶相可能会转变成VO2(M)相和VO2(R)相，影响材料的电化学性能。为避开高温对VO2(B)纯度的影响，采用一步水热法成功的制备出分散性较好且是单一晶相的VO2(B)纳米片材料，极大的提升了VO2(B)材料的循环稳定性和倍率性能，循环50次的容量保持率达到93.8%。
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