论文总字数：21869字

摘 要

基于比容量高、无记忆效应等优势，锂离子电池被大量应用于大型储能装置和移动电子设备的。其问世至今不过短短三十余年，因此其还存有很大的进步空间。

Co₂VO₄是一种新型负极材料，形貌为正六边形薄片，拥有能量密度大，库伦效率高等优点。但目前其制备工艺尚不完善，容量衰减也特别严重，在0.5 C的电流下初次循环后容量衰减高达36.6 %，十次循环后容量衰减有815.6 mAh/g衰减至319.2 mAh/g。在Co₂VO₄的制备过程中添加沉淀剂，可以提高其制备产率，而将其与Ti₃C₂掺杂为复合材料，则可以有效地提高材料的导电性，并抑制电池容量的衰减。

本文将采用多种方案制备Co₂VO₄，比较其实际产率的多少，并择优制备Co₂VO₄@Ti₃C₂复合材料。通过XRD、SEM、CV、EIS、恒电流充放电等方法，测试Co₂VO₄与Co₂VO₄@Ti₃C₂之间的性能差距。

关键词：锂离子电池 Co₂VO₄ Co₂VO₄@Ti₃C₂ 复合材料

Abstract

Due to the advantages of a high energy density, a high output voltage and no storage effect, lithium-ion batteries are often used in large energy storage devices and mobile electronic devices. More than 30 years have passed since our business and there is room for improvement.

Co₂VO₄ is a new type of negative electrode material with a regular hexagonal shape with the advantages of large energy density and high Coulomb efficiency. However, the current preparation process is not perfect, and the capacity decay is particularly serious. The capacity decay is as high as 36.6% after the first cycle at 0.5 C current, and the capacity decay is 815.6 mAh/g to 319.2 mAh/g after ten cycles. Adding a precipitant in the preparation process of Co₂VO₄ can improve its production yield, and doping it with Ti₃C₂ as a composite material can effectively improve the conductivity of the material and suppress the decline in battery capacity.

This article will use a variety of schemes to prepare Co2VO4, compare the actual yield, and select Co₂VO₄@Ti₃C₂ composite materials. Through XRD, SEM, CV, EIS, cycle performance and rate performance and other methods, test the performance gap between Co₂VO₄ and Co₂VO₄@Ti₃C₂.

Keywords: Lithium-ion Battery; Co₂VO₄; Co₂VO₄@Ti₃C₂; Composite Material

目录

摘要 II

Abstract III

目录 IV

第一章 绪论 1

1.1. 引言 1

1.2. 锂电的简介 3

1.2.1. 锂电的研发历史 3

1.2.2. 锂电的工作原理 4

1.2.3. 锂电的结构 5

1.2.4. 锂电的正极材料 5

1.2.5. 锂电的负极材料 5

1.3. 钒酸钴(CVO)材料和MXene的简介 6

1.3.1. 钒酸钴(CVO) 6

1.3.2. MXene 6

1.3.3. CVO@MXene复合材料 6

1.4. 研究的目标及研究的事项 7

1.4.1. 研究的目标 7

1.4.2. 研究的事项 7

1.5. 本章小结 8

第二章 实验物料、仪器及表征方法 9

2.1. 实验物料 9

2.2. 实验仪器 9

2.3. 物理性能表征方法 10

2.3.1. X射线衍射法（XRD） 10

2.3.2. 扫描电子显微镜法（SEM） 10

2.4. 电化学性能表征方法 11

2.4.1. 循环伏安法（CV） 11

2.4.2. 电化学阻抗谱法（EIS） 11

2.4.3. 倍率与循环测试 11

第三章 Co₂VO₄和Co₂VO₄@Ti₃C₂的制备方案及性能的测试 13

3.1. 引言 13

3.2. Co₂VO₄和Co₂VO₄@Ti₃C₂的制备方案 13

3.2.1. 燃烧法 13

3.2.2. 水热法1 14

3.2.3. 水热法2 15

3.3. Co₂VO₄和Co₂VO₄@Ti₃C₂的形貌表征 16

3.3.1. 扫描电子显微镜法（SEM） 16

3.4. Co₂VO₄和Co₂VO₄@Ti₃C₂的电极片的制备与扣式电池的组装 17

3.4.1. 电极片的制备 17

3.4.2. 扣式电池的组装 17

3.5. Co₂VO₄和Co₂VO₄@Ti₃C₂的电化学性质 18

3.5.1. 循环伏安法（CV）分析 18

3.5.2. 电化学阻抗分析 19

3.5.3. 循环性能分析 20

3.5.4. 倍率性能分析 21

3.6. 本章小结 22

第四章 结论与展望 23

4.1. 结论 23

4.1.1. 制备方案结论 23

4.1.2. 形貌测试结论 23

4.1.3. 性能测试结论 23

4.2. 展望 24

参考文献 26

致谢 28

绪论

引言

古时人们钻木取火，通过将人类自身的机械能转化为动能，进而使木材燃烧。后来人们开采煤矿，通过燃烧煤矿获取了大量的能量，推动了社会生产力的发展。到了工业革命之后，电力、燃油、天然气、太阳能、核能等能源逐渐被应用于人们的日常生活之中^[1]。人们对能源的利用程度，对天然的可利用能源的寻找方式，都在不断进步。目前，人类不再局限于寻找可直接使用或经过简单处理即可使用的自然能源。我们开始从天然原料中提取某些元素，并将其制成各种电池，以使其变成更适合人们使用常规能源。从人类社会的发展的历史进程不难看出，每一次主流能源的变化都给社会带来了巨大的变革，推动了人类文明的进步^[2]。锂离子电池有着诸如充放电效率高，使用寿命长，无记忆效应，无环境污染等各种优势，是作为主流储能电源的理想选择^[3]。短短的三十余年，锂离子电池完成了从问世到垄断的扩张之路。仅2012年，我国的锂离子电池产量就高达42亿支^[4]。它被广泛地应用于电子设备，移动设备，电动汽车，航空航天等多个领域，几乎渗透进了人们生活的各个方方面面。与此同时，人们仍然在不断地拓宽其适用范围，让这种电池能够在更广阔的领域发挥它的价值。

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