论文部分内容阅读
生物技术、能源、环境、先进制造技术的高速发展对材料提出了新的要求,单一结构的材料已经远远不能满足材料功能化的需要,而通过多元优化组合形成的异质复合结构材料可以调控材料的物理化学性能,以满足新的、特殊的使用要求。作为典型的层状金属氧化物,一维钒氧化物纳米材料因其良好的嵌锂性能一直受到人们广泛的关注和研究。其中V2O5是最早被研究的锂离子电池正极材料之一,具有比容量大,能量密度高等特点。但在实际应用中V2O5正极材料也存在着容量衰减较快,循环可逆性差等缺点。因此,开展一维钒氧化物纳米电极材料的改性研究是新能源技术和纳米技术的交叉与前沿。本文以V2O5纳米线为基体,通过原位氧化聚合和氧化还原交换构筑了MnO2负载V2O5/聚合物同轴纳米线(V2O5/聚合物&MnO2),选取聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)和聚苯胺(PANI)作为研究对象。对产物的结构与形貌进行了表征,并对其电化学性能进行了测试分析,探究了异质结构的构筑对V2O5纳米线电极材料的电化学性能的影响。主要的研究结果归纳如下：通过水热法结合固相烧结法制备出尺寸均一的V2O5纳米线,通过化学原位聚合法制备出V2O5/聚合物同轴纳米线,利用还原性导电聚合物(PEDOT、PANI)可以与高锰酸钾发生氧化还原反应的特点,在同轴纳米线表面负载MnO2纳米颗粒。采用傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、扫描电镜等方法表征所制备复杂结构纳米线的结构特征,以制备的V2O5/聚合物&MnO2复杂结构纳米线作为正极活性材料组装锂电池,采用恒流充放电、循环伏安等方法研究所制备复杂结构纳米线的充放电容量、电化学循环可逆性、锂离子扩散等电化学性能。测试结果表明与纯相的V2O5相比,异质结构纳米线的构筑可以改善V2O5的电池性能。经导电聚合物包覆和MnO2负载之后,活性材料的电导率增加,比表面积增大,循环稳定性和结构稳定性有明显改善。V2O5/PEDOT&MnO2纳米线在50mA/g电流密度下首次放电比容量为179.2mAh/g,40次循环之后仍保持166.1mAh/g的放电比容量,次容量衰减率仅为0.19%。V2O5/PANI&MnO2纳米线也同样表现出良好的循环稳定性和结构稳定性。