钒酸钾电极材料的制备及其储锂性能研究开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

锂离子电池由于具有高功率,高能量密度,长周期寿命,高安全性和设计灵活性等有益的电化学性能而被广泛应用于现代社会中[1]

锂离子电池是指以能够让锂离子嵌入和脱出的物质作为正负极的二次电池。锂电池工作原理如下:锂离子电池充电时,电子从正极通过外部电路转移到负极上;而正锂离子 li 从正极脱出,进入到电解液中,然后穿过隔膜中的微细曲折的小孔,再经电解液到达负极,与从外电路转移来的电子结合在一起,以平衡电荷。于是,负极就处于富含锂的状态;放电时则相反,电子从负极经过电子导体转移到正极,锂离子则从负极脱出,进入到电解液中,穿过隔膜上微小且曲折的小洞,经电解液到达正极,与从外电路转移来的电子结合在一起,以平衡正极的电荷[2-4]。由此可知,电池放电的前提是,电子从负极转移到正极,否则电池就不会放电。电子和 li 都是同时行动的。电解质一般采用含有锂盐的有机溶液。在充放电过程中,锂离子会在正负极之间来回运动。这样,锂离子电池的正负极需要较高的能量密度才能满足现实应用中的需要。

钒作为地球上广泛分布的微量元素,其含量约占地壳构成的0.02%。钒氧化合物具有成本低,易制备,比容量高等优点[5-6]。钒基化合物在能源方面引起了广泛关注,如斜方层状 v2o5 就被认为是一种很有前途的二次锂电池阴极材料,该类化物为层状结构且具有存储离子的活性位点,层与层之间存在弱范德华力或氢键;另外 v的氧化价态多样(主要在 v3 -v5 ),存在多种价态的化合物。而且钒基化合物为正极材料,其电化学氧化还原电位在2-4v之间,相比于其他正极材料,成本低,易制备,比容量高[7]。但是钒氧化物在充放电循环中锂离子的反复嵌入/脱嵌导致结构破坏造成较差的循环稳定性;且其电导率、离子扩散率( 10-12~10-13 cm2 s-1 )低限制了其在锂电池上的应用[8]。为了克服钒氧化物的结构不稳定性的问题,不少研究者尝试向钒氧化物中引入金属离子,包括碱金属(锂,钠,钾)和过渡金属(铁,钴,镍,铜,锰)[9-10]等。金属离子会占据钒酸盐晶格中的位点,在锂离子嵌入和脱嵌的过程中能起到稳定结构的作用。

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2. 研究的基本内容与方案

一、碳布片基底的前处理

将碳布先后置于浓盐酸,乙醇,丙酮,水中超声20min,置于 60℃ 中干燥,干燥完全后裁剪成合适大小备用。

二、钒酸钾k0.5v2o5的制备

将 0.001 mol v2o5粉末、0.0015 mol ki和0.030 mol kcl混合于30 ml去离子水中搅拌30 min。然后将该溶液装入容量为50 ml的聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜。将高压釜密封,在200℃下加热 24h,用去离子水冲洗沉淀2次,用乙醇洗涤2次,制得 k0.5v2o5 粉末。

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3. 研究计划与安排

1、第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解研究所需条件。确定方案,完成开题报告。

2、第4-14周:按研究方案开展实验,并结合实际情况进行优化和改进;

3、第15周:整理实验数据,完成并修改毕业论文。

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4. 参考文献(12篇以上)

参考文献

[1] fang g , liang c , zhou j , et al. effect of crystalline structure on the electrochemical properties of k0.25v2o5 nanobelt for fast li insertion[j]. electrochimica acta, 2016, 218:199-207.

[2] deng l, niu x, ma g, et al. layered potassium vanadate

k0.5v2o5 as a cathode material for nonaqueous potassium ion batteries[j]. advanced functional materials, 2018, 28(49).

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