鋰離子電池用V2O5正極材料研究進(jìn)展

李鑫悅，張曉民，郎笑石，蔡克迪*，

(1．渤海大學(xué) 化學(xué)與材料工程學(xué)院，遼寧 錦州121013；2．遼寧省超級電容器工程技術(shù)研究中心，遼寧 錦州121013)

0 引言

鋰離子電池(LIBs)因其循環(huán)壽命長、能量密度高和環(huán)境友好等特點(diǎn)已廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車(EV)、便攜式電子設(shè)備及其他大型儲能領(lǐng)域中．然而，目前商用鋰離子電池的能量密度還不能滿足能源汽車等領(lǐng)域?qū)﹂L續(xù)航能力的要求，其性能遠(yuǎn)落后于迅速發(fā)展的電子器件和電動(dòng)汽車需求的提高[1-4]．因此，為了更好的適應(yīng)新技術(shù)的開發(fā)，下一代LIBs應(yīng)具備高能量密度、出色的倍率性能、低成本和更好的安全性能等特點(diǎn)．

從材料的角度來看，電極材料的固有性能決定了電池的電化學(xué)儲能能力，在整個(gè)電池系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用．正負(fù)極材料的Li+存儲能力和工作電壓決定了鋰離子電池的能量密度．研究發(fā)現(xiàn)，正極材料的低比容量已成為許多應(yīng)用需求的瓶頸[5-7]，因此亟需開發(fā)高性能的新型正極材料以促進(jìn)鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展[8]．與傳統(tǒng)的單電子氧化還原體系相比，多個(gè)Li+的自由嵌入和脫嵌能夠?qū)崿F(xiàn)更高的比容量，從而提高能量密度，因此多電子反應(yīng)電極是提高電池比容量和能量密度的有效途徑．因釩具有豐富的價(jià)態(tài)(如V5+、V4+、V3+和V2+)，所以釩基電極是一種能夠進(jìn)行多電子反應(yīng)的重要電極．其中，五氧化二釩(V2O5)是具有層狀結(jié)構(gòu)的典型插層化合物，與常用的傳統(tǒng)商業(yè)正極材料如LiCoO2(140 mAh/g)和LiFePO4(170 mAh/g)相比，V2O5具有294 mAh/g的高理論容量，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)Li+的嵌入和脫嵌，其資源豐富且成本低，同時(shí)還具有特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)，這使其成為用于下一代高能LIBs的正極材料[9]．然而，V2O5固有的缺點(diǎn)阻礙了其大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用，包括較低的Li+擴(kuò)散系數(shù)和電導(dǎo)率，以及由Li+嵌入/脫嵌過程中導(dǎo)致不可逆的結(jié)構(gòu)變化等．

近年來，研究者為優(yōu)化V2O5性能已開展了大量的研究工作，提出了許多方法對V2O5進(jìn)行改性，包括陽離子摻雜、形貌控制和復(fù)合導(dǎo)電材料等方法．本文綜述了V2O5的晶體結(jié)構(gòu)及近期V2O5正極材料的研究進(jìn)展．

1 V2O5的晶體結(jié)構(gòu)

V2O5以其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)在鋰離子電池中發(fā)揮著重要作用，V2O5是一種具有典型層狀結(jié)構(gòu)的插層化合物，其獨(dú)特的層狀排列結(jié)構(gòu)使V2O5成為易于將Li+嵌入/脫出到其層間空間的良好主體[10]．各層間通過較弱的范德華力連接在一起，且通常在Pmmn空間群的正交結(jié)構(gòu)中結(jié)晶，晶格矢量a、b和c的長度分別為a=1．151 nm、b=0．356 nm和c=0．437 nm．圖1[11]是正交晶系V2O5的晶體結(jié)構(gòu)示意圖，它是由共享棱角的層狀方形棱錐組成．一個(gè)V2O5正交晶胞由雙層構(gòu)成，并且這種雙層結(jié)構(gòu)是由一系列具有扭曲頂點(diǎn)的[VO5]金字塔組成，這些金字塔共享棱角而形成鋸齒形雙鏈且沿(100)方向相互交聯(lián)．在這種特殊結(jié)構(gòu)中，釩原子周圍有三種類型的氧中心，分別是末端或頂端單獨(dú)配位的釩基氧原子O(1)、通過[VO5]金字塔共享角連接兩個(gè)相鄰釩原子的橋連氧原子O(2)及通過共享邊連接三個(gè)釩原子的三配位鏈?zhǔn)窖踉覱(3)．O(1)與V僅形成一個(gè)鍵且鍵長較短，O(1)—V鍵長約為1．54 ?；O(2)與V形成兩個(gè)V—O(2)—V鍵，相應(yīng)的鍵長度約為1．77 ?；而O(3)形成三個(gè)鍵，其中兩個(gè)O(3)—V鍵長約為 1．88 ?，另一個(gè)O(3)—V鍵長度約為2．02 ?．此外，各層金字塔頂端的O(1)與相鄰層中的釩原子之間存在微弱的相互作用，形成了一個(gè)微弱的V—O范德華鍵，鍵長約為2．81 ?，這種垂直于c軸的層間相互作用起到了保持V2O5的層狀結(jié)構(gòu)的作用[12]．由于相鄰層之間的范德華力較弱，當(dāng)鋰離子進(jìn)入到各層間時(shí)，V2O5會根據(jù)鋰離子嵌入的程度伴隨著一系列的相變(α、ε、δ、γ和ω相)，進(jìn)而導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)的改變，過量的離子嵌入會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不可逆的轉(zhuǎn)變和電化學(xué)性能的嚴(yán)重退化[13-15]．為改善V2O5的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能，研究人員進(jìn)行了深入研究．

圖1 正交晶系V2O5的晶體結(jié)構(gòu)

2 V2O5的改性研究

2．1 陽離子摻雜

陽離子摻雜是提高電極材料固有導(dǎo)電性及改善結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的有效途徑，在V2O5晶格中引入陽離子會起到調(diào)節(jié)主體材料電子結(jié)構(gòu)和離子占有率的作用，從而改善V2O5的電化學(xué)性能，包括(1)形成低價(jià)態(tài)V4+，提高材料導(dǎo)電性；(2)緩解Li+插層過程中V2O5的體積變化，提高材料穩(wěn)定性；(3)改變V2O5形貌和晶粒尺寸等[16-18]．

Li等[19]采用脈沖激光沉積(PLD)技術(shù)和退火工藝制備了V2O5-Au納米復(fù)合薄膜，研究發(fā)現(xiàn)約 10 nm大小的Au納米顆粒均勻地分布在165．3 nm的α-V2O5納米片致密薄膜上，通過引入Au納米粒子有效提高了材料的導(dǎo)電性和電池的容量．經(jīng)計(jì)算得出純V2O5和V2O5-Au納米復(fù)合薄膜電極的Rct值分別為267．6 Ω和98．03 Ω．在0．5C下進(jìn)行100次循環(huán)后分別增加了約536．8 Ω和176．27 Ω．這表明在V2O5薄膜中引入Au納米顆?？捎行г鰪?qiáng)電荷轉(zhuǎn)移過程，從而改善電池的循環(huán)和倍率性能．

在材料中引入氧空位是提高導(dǎo)電性的一種有價(jià)值的方法．陽離子摻雜或還原氣體的熱處理可有效引入氧空位．例如，Zhang團(tuán)隊(duì)[20]合成了一種Cu摻雜的棒狀V2O5，在V2O5晶格中摻雜Cu引入了大量氧空位，使電子和離子在充放電過程中實(shí)現(xiàn)快速遷移．并且增大了晶胞的體積以緩解循環(huán)過程中V2O5的體積變化．除此之外，Hu等[21]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)Cu2+的摻雜會影響V2O5·nH2O薄膜的形貌、釩的價(jià)態(tài)及其電化學(xué)性能．結(jié)果表明，當(dāng)Cu2+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1wt%時(shí)，V2O5·nH2O薄膜電極呈現(xiàn)獨(dú)特的網(wǎng)狀多孔納米結(jié)構(gòu)，有助于加快Li+的轉(zhuǎn)移速率．其在250 mA/g下顯示出344 mAh/g的高放電比容量，與純V2O5·nH2O薄膜相比，摻雜材料表現(xiàn)出更優(yōu)異的電化學(xué)可逆性．此外，Co摻雜已在改善 LiMnO2和LiNiO2等鋰基材料性能中顯示出明顯優(yōu)勢．因此，Ji等[22]首次報(bào)道了通過水熱法在Ti箔上成功制備了Co摻雜的V2O5納米線陣列，V2O5納米線可在Ti箔上分布均勻．與V2O5或Co3O4納米線相比，Co摻雜V2O5納米線具有更高的電化學(xué)儲鋰容量，在500 mA/g高電流密度下可達(dá)282．82 mAh/g的高可逆容量．人們發(fā)現(xiàn)，采用雙離子摻雜策略能夠更有效地改善電極材料性能．例如，Zhang等[23]制備Al/Mn共摻雜的V2O5·4VO2，并根據(jù)第一性原理計(jì)算得到Al/Mn-V2O5·4VO2晶體結(jié)構(gòu)，如圖2所示．Al3+和Mn2+插入到了V2O5·4VO2的層間位置，與V2O5·4VO2中的層間氧形成[AlO6]和[MnO6]八面體以穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)并增加單胞的體積，此外，Al/Mn共摻雜會引入氧空位，為Li+的插入提供了更開放的結(jié)構(gòu)．因此，Al/Mn共摻雜的V2O5·4VO2電極在0．1 A/g下表現(xiàn)出322．5 mAh/g的高初始容量以及50次循環(huán)后91．7%的高容量保持率．

稀土金屬離子具有親氧性和較大的半徑，因此通常被用作摻雜劑以增加材料層間間距和導(dǎo)電性．Chen等[24]結(jié)合溶劑熱法和煅燒工藝成功制備了Ce摻雜的V2O5微球．Ce0．1V2O5電極材料在5C下進(jìn)行200次循環(huán)后的容量保持率約為88．93%，具備良好的結(jié)構(gòu)可逆性和高容量保持性．此外，Hu等[25]制備了La摻雜V2O5·nH2O@OAB這種具有多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的無粘結(jié)劑薄膜正極．具有較大半徑的稀土金屬離子La3+和親水碳氧化乙炔黑OAB發(fā)揮良好的協(xié)同優(yōu)化作用，從而有效提高了V2O5·nH2O的電導(dǎo)率及循環(huán)和倍率性能．圖3的實(shí)驗(yàn)過程為采用新型水熱輔助溶膠-凝膠復(fù)合方法在ITO涂層玻璃基板上原位制備了一種自摻雜V4+-V2O5納米薄膜[26]．該研究發(fā)現(xiàn)不同退火條件對V2O5薄膜性能有所影響，V2O5晶格中引入氧空位的濃度由退火溫度控制．與傳統(tǒng)溶膠-凝膠方法制備的V2O5薄膜相比(30．28 mC/cm2)，這種新型復(fù)合方法制備的薄膜其離子存儲容量大大提高，其中300 ℃-V2O5薄膜的離子存儲初始值高達(dá)112．25 mC/cm2，2 000次循環(huán)后僅下降2．4%．納米薄膜優(yōu)異的循環(huán)性能歸因于梯度氧空位以及薄膜與基板之間良好結(jié)合力的協(xié)同效應(yīng)．因此，通過一種或多種陽離子摻雜可獲得富含豐富氧空位且更加開放的晶體結(jié)構(gòu)，有利于提高V2O5的電化學(xué)性能．

圖2 V2O5·4VO2和Al/Mn-V2O5·4VO2晶體結(jié)構(gòu)

圖3 制備V2O5薄膜的實(shí)驗(yàn)過程

2．2 形貌控制

通過設(shè)計(jì)電極材料微觀形貌可增強(qiáng)與電解液的接觸并降低極化電阻，從而改善材料電化學(xué)性能[27]．為了提高V2O5的電化學(xué)性能，已合成各種具有不同形貌的V2O5材料，包括一維納米線、二維納米片以及三維空心納米球等．

Huang等[28]制備了一種細(xì)長板狀形態(tài)且具有斜方晶相的V2O5納米晶體，該方法涉及硫酸釩在堿性溶液中的水解以及V2O5在含氫氣氛下的退火過程，研究發(fā)現(xiàn)在300～400 ℃下進(jìn)行退火可在不改變V2O5結(jié)構(gòu)和形態(tài)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生大量氧空位．與原始V2O5納米晶體相比，含氧空位的樣品表現(xiàn)出增強(qiáng)的電化學(xué)性能，初始放電容量高達(dá)284 mAh/g，即使在10C下仍可達(dá)153 mAh/g，且在0．2C下循環(huán)50次后容量可保持在200 mAh/g左右．采用水熱法和熱處理過程可獲得超薄分層V2O5納米片，該材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能優(yōu)異，經(jīng)高倍率循環(huán)后此V2O5納米片在100 mA/g下的放電容量仍高達(dá)280 mAh/g[29]．據(jù)報(bào)道，具有多孔結(jié)構(gòu)的活性材料更有助于電解液滲透，從而顯著提高鋰儲存及倍率性能．Dong團(tuán)隊(duì)[30]合成了兩種具有巢狀和球形的V2O5多孔微觀結(jié)構(gòu)，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢擴(kuò)大了電化學(xué)反應(yīng)的實(shí)際面積，具有更多的Li+存儲活性中心，同時(shí)可起到緩沖應(yīng)力和應(yīng)變的作用并抑制團(tuán)聚．類似的，具有分層多孔結(jié)構(gòu)的巢狀V2O5材料由平均長度約為100 nm的相互連接的納米片組成．在100 mA/g下可提供330 mAh/g的初始放電比容量，經(jīng)50個(gè)循環(huán)后仍可保持240 mAh/g的穩(wěn)定放電容量[31]．

電化學(xué)陽極氧化法可通過改變電壓和時(shí)間等參數(shù)為制備各種納米結(jié)構(gòu)的V2O5提供一種簡便且廉價(jià)的合成途徑．Lee等[32]在釩箔上通過電化學(xué)陽極氧化和熱退火過程制備了相位控制的多孔V2O5納米材料，形成沿(001)面優(yōu)先生長的V2O5薄膜，(001)面具有較低的活化能可增強(qiáng)Li+擴(kuò)散和電子傳導(dǎo)．其中400 ℃下退火得到的V2O5在快速充放電過程(1．5C)中顯示出170．1 mAh/g的高放電容量和100次循環(huán)后91．4%的高容量保持率，顯示出良好循環(huán)穩(wěn)定性的同時(shí)可保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)．通常，具有復(fù)雜中空內(nèi)部的3D納米結(jié)構(gòu)可以緩沖體積膨脹，從而起到改善電極材料循環(huán)穩(wěn)定性的作用[33-34]．Ma等[35]制備的由納米板組成的V2O5蛋黃-殼亞微球具有高可逆容量和大電流循環(huán)穩(wěn)定性能．其在100 mA/g下可獲得269．4 mAh/g的高可逆容量，在大電流1 200 mA/g下經(jīng)80次循環(huán)后容量保持率可達(dá)78．31%．圖4[36]為內(nèi)部可調(diào)釩氧化物的形成過程示意圖，該材料的優(yōu)異電化學(xué)性能歸因于具有多重雙壁殼的V2O5中空微球與電解液的較大接觸面積確保了電解液的有效滲透．此外，中空結(jié)構(gòu)還能夠更好地保持電極材料的結(jié)構(gòu)完整性．

圖4 內(nèi)部可調(diào)釩氧化物的形成過程示意圖

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，表面活性劑可通過發(fā)揮軟模板作用來控制材料微觀結(jié)構(gòu)的特定形態(tài)．據(jù)此，Wu等[37]以聚氧乙烯-20-十六烷基醚作為表面活性劑，制備了一種分層劍麻狀V2O5，該結(jié)構(gòu)由具有(001)面取向生長和富氧空位的一維納米帶組成．V2O5中具有最低表面能和最穩(wěn)定的(001)晶面可減少電極與電解質(zhì)界面間的副反應(yīng)．其在1C下循環(huán)400次后的容量保持率高達(dá)74．8%，容量衰減率僅為每周期0．06%．Hu等[38]探究了表面活性劑對V2O5形貌的控制，其中以十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)作為表面活性劑得到的V2O5材料呈現(xiàn)出3D渦輪狀微花和低維納米顆粒組合的獨(dú)特形態(tài)．這種獨(dú)特的3D渦輪狀分層結(jié)構(gòu)是由超薄納米片堆積形成，納米片相互連接最終形成3D微米花狀結(jié)構(gòu)．此外，這些超薄納米片中存在粒徑約為300 nm的低維納米顆粒．這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)有利于活性材料與電解質(zhì)的有效接觸并產(chǎn)生大量高活性位點(diǎn)，提供更高效的傳輸路徑并加速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，在200 μA/cm2下獲得237 mAh/g的高可逆比容量．由此可見，通過對V2O5的形貌控制不僅可保持其高容量和高倍率性能等優(yōu)勢，還在一定程度上提高了V2O5的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性．

2．3 復(fù)合導(dǎo)電材料

電導(dǎo)率和比容量是電極材料的關(guān)鍵性能參數(shù)，復(fù)合導(dǎo)電碳材料或聚合物的改性方法是提高電子導(dǎo)電性和緩解體積膨脹以及增強(qiáng)循環(huán)穩(wěn)定性的最有效手段[39]．

利用靜電紡絲法和氧化鐵催化作用相結(jié)合制備的石墨化碳納米纖維(G-CNFs)網(wǎng)絡(luò)的電導(dǎo)率比無定形碳納米纖維增加了5 × 104倍，再利用水熱法在G-CNFs上生長V2O5納米片，以構(gòu)建一種柔性的獨(dú)立式復(fù)合電極V2O5@G-CNFs[40]．該復(fù)合電極在0．1C時(shí)具有290 mAh/g的高比容量，在5C下進(jìn)行700次循環(huán)后，容量保持率仍高達(dá)85．7%．研究發(fā)現(xiàn)，構(gòu)建由低維納米塊組成的3D微/納米結(jié)構(gòu)是解決循環(huán)過程中材料團(tuán)聚和粉化等問題的一種有前景的策略．Zhu團(tuán)隊(duì)[41]通過將三聚氰胺泡沫(MF)碳化形成碳泡沫(CF)，以CF獨(dú)特的3D結(jié)構(gòu)作為骨架，通過一步水熱法在CF上生長1D V2O5納米針，得到V2O5@CF這種新穎的1D@3D納米復(fù)合材料．該材料在經(jīng)過5 000次連續(xù)充放電循環(huán)后可保持74．5%的初始容量，V2O5@CF材料具有優(yōu)異電化學(xué)性能的原因是V2O5和碳纖維之間特殊的協(xié)同效應(yīng)，3D碳纖維有助于V2O5納米針陣列在其表面均勻、密集、垂直地生長，有效地防止了納米針的團(tuán)聚．Liu等[42]以葡萄糖為碳源成功合成了3D海綿狀分層多孔V2O5@C微/納米結(jié)構(gòu)，它由堆疊組裝的納米片構(gòu)成．如圖5所示，V2O5@C和V2O5納米帶的放電比容量分別為232 mAh/g和190 mAh/g，經(jīng)50次循環(huán)后，V2O5@C容量保持率比V2O5納米帶高18%，且在不同倍率下可提供更高的容量．此外，V2O5@C電極材料具有重疊良好的充放電曲線，符合其更高的可逆性和更好的容量保持性．V2O5@C復(fù)合材料豐富的介/微孔結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電碳框架能夠起到緩沖鋰化過程中大體積變化所產(chǎn)生的應(yīng)力作用，確保整個(gè)微/納米結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固，有利于實(shí)現(xiàn)更好的電化學(xué)性能．

圖5 V2O5@C和V2O5納米帶的電化學(xué)測量(a)100 mA/g電流密度下的循環(huán)性能比較；(b)V2O5@C在50 mA/g下的充放電曲線；(c)倍率性能比較；(d)鋰化過程中體積變化示意圖

結(jié)合陽離子摻雜和復(fù)合導(dǎo)電材料兩種改性方法可獲得性能更優(yōu)異的電極材料．例如，碳包覆的Mn摻雜V2O5準(zhǔn)球體(Mn0．1V2O5@C)是由均勻嵌入到多孔碳基質(zhì)中的Mn0．1V2O5納米棒構(gòu)成，其多孔結(jié)構(gòu)有助于形成3D傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)[43]．由于Mn摻雜和碳包覆，以5C倍率循環(huán)500次后仍可保留94%的初始容量．研究發(fā)現(xiàn)，摻雜金屬離子Cu可以有效提高V2O5正極材料的儲鋰容量，但仍存在長期循環(huán)穩(wěn)定性差等問題[20]．因此，Zhang等[44]進(jìn)一步將高導(dǎo)電性石墨烯(rGO)包裹在Cu-V2O5表面，制備得到的rGO/Cu-V2O5復(fù)合材料可在保持高儲鋰容量的同時(shí)，顯示出顯著增強(qiáng)的長期循環(huán)穩(wěn)定性，rGO/Cu-V2O5復(fù)合材料在1C下循環(huán)200次后仍可保持初始容量的82．5%，比未復(fù)合的Cu-V2O5材料提高了23．5%．此外，Cu-V2O5和rGO/Cu-V2O5的電荷轉(zhuǎn)移電阻(Rct)分別為93．6 Ω和57．9 Ω． rGO/Cu-V2O5具有較小阻值的原因是高導(dǎo)電性rGO的復(fù)合提高了整體材料的電導(dǎo)率，有利于液-固界面處的電子和離子傳輸．

聚3，4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)是一種共軛高導(dǎo)電聚合物，在V2O5表面上均勻涂覆超薄的PEDOT可得到V2O5/PEDOT核殼納米帶，合成過程如圖6[45]所示．這種核殼納米帶可有效地促進(jìn)電子傳輸和Li+擴(kuò)散并保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，避免V2O5的聚集并抑制粉化．因此與純V2O5納米帶相比，V2O5/PEDOT核殼納米帶表現(xiàn)出更高的倍率性能，即使在10C下進(jìn)行500次循環(huán)后，容量也可達(dá)到105 mAh/g．

圖6 V2O5/PEDOT核殼納米帶合成示意圖

近年來，由于天然植物的多孔特性，人們已利用多種植物制備成低成本的多孔碳載體．例如，Tan等[46]通過高溫碳化工藝和水熱處理方法在天然微孔蘆葦炭(PRC)表面上成功合成了類似楊桃狀的V2O5納米花陣列，合成過程如圖7所示．V2O5納米花可均勻分散并固定在大面積的光滑碳壁上，基于這種新穎的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其在0．2C下的初始放電容量高達(dá)285 mAh/g，接近于兩個(gè)Li+插層的V2O5理論容量，即使在1．0C下進(jìn)行500次循環(huán)后仍可保持在180 mAh/g左右，保留初始容量的87．5%．

圖7 V2O5@PRC復(fù)合正極材料合成工藝示意圖

V2O5在電解液中的溶解嚴(yán)重影響了其循環(huán)穩(wěn)定性，在V2O5表面包覆疏水性和高導(dǎo)電性的聚吡咯(PPy)層是一種有效的解決策略．因此，采用溶劑熱法結(jié)合氣相沉積法合成了聚吡咯(PPy)包覆具有核殼結(jié)構(gòu)的V2O5納米球[47]．這種核殼結(jié)構(gòu)的V2O5@PPy納米球?yàn)長i+插層過程導(dǎo)致的活性材料體積變化提供了足夠的緩沖區(qū)域，且介孔殼層有效地促進(jìn)了電解液的滲透．此外，導(dǎo)電聚合物層和氧空位可提供高導(dǎo)電性以加快電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)，并對釩氧化物的溶解起到抑制作用．大量研究表明，通過將碳納米管(CNT)與納米顆粒結(jié)合可獲得用作電化學(xué)儲能裝置的高性能復(fù)合材料．Neto等[48]制備了V2O5·nH2O/CSCNT復(fù)合材料，首先將杯狀堆積的碳納米管(CSCNT)直接生長在碳纖維氈(CF)表面，然后將V2O5·nH2O電沉積在CF/CSCNT復(fù)合材料上．在1．5 V和4．2 V之間，負(fù)載34wt%的V2O5·nH2O可在0．5 A/g下提供633 mAh/g的比容量，進(jìn)行300次充放電循環(huán)后具有較低的衰減容量．可見，通過復(fù)合導(dǎo)電材料可獲得性能更優(yōu)異的電極材料．

3 結(jié)論

V2O5是一種具有特殊晶體結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的新型正極材料，因其綜合性能優(yōu)良已成為正極材研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)．但其存在低電導(dǎo)率和擴(kuò)散系數(shù)等固有問題限制了V2O5的大規(guī)模應(yīng)用．本文總結(jié)了近年來國內(nèi)外對應(yīng)用于鋰離子電池的V2O5正極材料的研究進(jìn)展，通過陽離子摻雜、形貌控制和復(fù)合導(dǎo)電材料的改性方法使V2O5材料發(fā)揮出更好的性能．然而，未來的研究需關(guān)注不同改性方法之間的結(jié)合應(yīng)用，同時(shí)還需關(guān)注V2O5的形成機(jī)理和晶體生長規(guī)律以及結(jié)構(gòu)演變過程，進(jìn)一步拓展V2O5在鋰離子電池等儲能領(lǐng)域的開發(fā)和應(yīng)用．