VO2(B)的溶剂热制备及电化学性能研究

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镁可充电池有望成为下一代新型高能绿色二次电池。具有高工作电压和高比能量的正极材料是镁可充电池的发展方向。VO2(B)正极材料因有较高的理论比容量和工作电压,已被广泛研究用作锂可充电池正极材料,是一种很有潜力的正极材料。本文采用溶剂热法制备了VO2(B)电极材料,考察了VO2(B)作为镁可充电池正极材料的电化学性能,从动力学角度阐释了VO2(B)的电化学脱嵌镁机制。首先,构建了VO2(B)的溶剂热制备方法。研究不同溶剂热温度、溶剂热反应时间和干燥方法对产物电化学性能的影响;采用XRD,FESEM对最优制备条件下电极材料进行了结构和形貌表征。结果表明,180℃、6h、鼓风干燥条件下制得的VO2(B)纳米片具有最优的电化学脱/嵌镁性能。其次,采用电化学技术研究了VO2(B)正极材料的电化学性能及机制。在0.1A/g下,VO2(B)正极材料在-11V(vs.Ag+/Ag)和-10.2V(vs.Ag+/Ag)电压下均具有较高的首次放电比容量,约为461mAh/g,相当于每摩尔VO2(B)可嵌入0.71mol镁离子,且具有较大部分镁可充电池正极材料更高的放电电压平台约为2.15V(vs.Mg2+/Mg)。VO2(B)正极材料在-11V(vs.Ag+/Ag)电压下具有更优异的倍率性能。增大电流密度至1A/g时,VO2(B)表现镁离子脱嵌困难,呈现较优异的电容特性。镁离子在VO2(B)正极材料中扩散系数为2.17x10-10cm2/s,与目前文献上报道的VO2(B)纳米线正极材料锂离子扩散系数(10-10cm2/s)相当,有较快的镁离子扩散动力学行为。总的来看,VO2(B)是非常有潜力的电极材料。
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