钒氧化合物纳米晶的可控制备及其高容量储锂性能研究

Development of high-performance lithium-ion battery is of great significance to alleviate the energy shortage, improve our environment, develop the national economy and safeguard national security. Exploring cathode materials with high energy density, high-power performance is the bottleneck of the development of high-performance lithium-ion battery. Vanadium compound materials because of its ultra-high theoretical specific capacity is the ideal choice for developing high-performance lithium-ion cathode materials. This project is aimed at studing the vanadium oxides by the method of combining theory and experiment. Based on theoretical studies guiding the experiments, this project will systematically study the fabrication of lithiated V2O5 nanowires and V2O5onH2O nanobelts, series of vanadium compound nanocrystals coated by granphene as carbon sources, and new three-dimentional hierarchically porous V2O5 nanofilms, and study the effect of the structure, shape, size on their electrochemical properties, reveal the relationship between microstructure and its electrochemical properties, strive to achieve the unity between the performance of the design and structural design, explore new controllable preparation method, and achieve vanadium compound materials as lithium-ion battery cathode materials with high energy density, high cycle stability and high rate capability.

开发高性能锂离子电池对缓解能源短缺，改善环境，发展国民经济和保障国家安全具有重大意义。能否实现具有高能量密度，大功率性能的正极材料是开发高性能锂离子电池的瓶颈。钒氧化合物体系因其超高的理论比容量是研发高性能锂离子正极材料的理想选择。本课题以钒氧化合物为研究对象，采用理论和实验结合的方式，以理论研究指导实验，系统地研究预嵌锂V2O5纳米线和V2O5onH2O纳米片、以石墨烯为碳源包覆系列钒氧化合物纳米晶和新型三维多孔V2O5纳米薄膜材料的制备，及其结构、形貌、尺寸对电化学特性的影响，揭示微观结构与电化学性能之间的关系，力求达到性能设计与结构设计之间的统一，探索新的可控制备的方法，实现具有高能量密度、高循环稳定性、高倍率性能的锂离子电池用钒氧化合物正极材料。

开发高性能锂离子电池对缓解能源短缺，改善环境，发展国民经济和保障国家安全具有重大意义。能否实现具有高能量密度，大功率性能的正极材料是开发高性能锂离子电池的瓶颈。钒基体系因其超高的理论比容量是研发高性能锂离子正极材料的理想选择。本课题以层状钒氧化合物为研究对象，采用理论和实验结合的方式，以理论研究指导实验，系统地研究预嵌锂、掺杂、复合、包覆对钒基材料的结构、形貌、尺寸的影响，以及对其电化学特性的影响，揭示微观结构与电化学性能之间的关系，力求达到性能设计与结构设计之间的统一，探索新的可控制备的方法，成功制备了预嵌锂Li0.0625V2O5纳米线，Na0.33V2O5纳米片，LiV3O8纳米片/石墨烯三明治复合材料，Li3VO4纳米片/石墨烯三明治复合材料等钒基材料，实现具有高能量密度（350 mAh/g）、高循环稳定性（在1C电流充放电条件下，循环500圈，容量保持不变，效率99.5%以上）、高倍率性能（0.5C充放电的比容量达到0.1C充放电比容量的90 %以上）的锂离子电池用钒基正极材料。实现了预期目标。在该项目的支持下，在这三年时间里，项目负责人以第一作者或者第一通讯作者发表的SCI论文14篇，总影响因子为82，其中，5篇一区，7篇二区，2篇三区。申请专利4项。