本文關(guān)鍵詞：多層次結(jié)構(gòu)金屬氧化物納米材料的溶劑熱合成及在鋰離子電池中的應(yīng)用　出處：《寧波大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：鋰離子電池因?yàn)楸热萘扛�、工作電壓高、能量密度大、污染小等�?yōu)點(diǎn)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在可攜帶式電子設(shè)備、混合動(dòng)力汽車、以及電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。目前商用的鋰離子電池主要采用石墨作為負(fù)極材料。但石墨由于嵌鋰電位較低,容易產(chǎn)生鋰枝晶而存在較大的安全隱患;同時(shí)石墨電極的比容量較低而無法滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求。因此,尋找可替代石墨,具有更高比容量和能量密度、并且循環(huán)穩(wěn)定、安全性好的新一代負(fù)極材料已經(jīng)成為目前鋰離子電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。與石墨材料相比,二氧化鈦因嵌鋰電位相對(duì)較高而具有優(yōu)越的安全穩(wěn)定性,同時(shí)因二氧化鈦價(jià)格低廉、來源廣泛、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、體積應(yīng)變小等特點(diǎn),具有成為下一代鋰離子電池負(fù)極材料的潛力。但是,由于二氧化鈦?zhàn)陨韺?dǎo)電性較差、鋰離子傳輸性能不佳,致使充放電過程中難以實(shí)現(xiàn)其理論比容量而限制其在負(fù)極材料上的應(yīng)用。目前,主要通過將二氧化鈦納米化或與石墨等導(dǎo)電材料復(fù)合的方法來改善材料的導(dǎo)電性。設(shè)計(jì)二氧化鈦/碳納米多層次復(fù)合材料一方面能通過將材料納米化而縮短鋰離子傳輸路徑,提升傳導(dǎo)能力,另一方面碳能夠提供導(dǎo)電基質(zhì),達(dá)到改善二氧化鈦?zhàn)陨韺?dǎo)電性不足的目的。在此思路下,本論文的主要研究?jī)?nèi)容包括:1.采用N,N?-二甲基甲酰胺為溶劑,聚苯乙烯為反應(yīng)模板和碳源,以四異丙醇鈦為二氧化鈦前驅(qū)體,在濃鹽酸作用下,聚苯乙烯發(fā)生相分離原位形成聚苯乙烯膠體粒子,并在溶劑熱的輔助下形成二氧化鈦/聚苯乙烯復(fù)合微球,通過氬氣氣氛煅燒,制備得到形貌均一、可控,多層次結(jié)構(gòu)的二氧化鈦/碳復(fù)合微球。研究發(fā)現(xiàn),多層次的二氧化鈦/碳復(fù)合微球具有很高的振實(shí)密度,同時(shí),與純的二氧化鈦微球相比,二氧化鈦/碳復(fù)合微球的質(zhì)量比容量、循環(huán)穩(wěn)定性、倍率性能都有很大的提高。此外,惰性氣氛煅燒下所制備的二氧化鈦/碳復(fù)合微球可以通過進(jìn)一步空氣氣氛退火處理調(diào)控其碳含量,從而得到具有不同碳含量的二氧化鈦/碳復(fù)合微球。本文對(duì)二氧化鈦/碳復(fù)合微球的形成機(jī)理、形貌結(jié)構(gòu)、以及鋰電性能進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。此外,作為拓展性研究工作,還進(jìn)一步研究了二氧化鈦/碳復(fù)合微球光照催化產(chǎn)氫性能。2.采用1,4-二氧六環(huán)作溶劑,四異丙醇鈦?zhàn)鳛槎趸伹膀?qū)體,通過改變體系中的濃鹽酸的濃度,在溶劑熱條件下,通過無模板法合成納米顆粒構(gòu)成的微球,納米棒和納米顆粒構(gòu)成的復(fù)合微球,納米棒構(gòu)成的微球,納米棒構(gòu)成的簇等四種微納結(jié)構(gòu)。通過空氣氣氛煅燒,可得到相應(yīng)形貌的結(jié)晶二氧化鈦微納結(jié)構(gòu)。本論文對(duì)無模板法條件下二氧化鈦多層次結(jié)構(gòu)形貌演變機(jī)理進(jìn)行了深入探討;在此基礎(chǔ)上,研究了不同形貌的二氧化鈦多層次結(jié)構(gòu)的鋰電性能和光照催化產(chǎn)氫性能;并對(duì)結(jié)構(gòu)-性能關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了初步討論。
[Abstract]:Lithium ion battery has been widely used in portable electronic equipment and hybrid electric vehicle because of its high specific capacity, high working voltage, high energy density, low pollution and so on. At present, the commercial lithium ion battery mainly uses graphite as the negative electrode material, but the graphite is easy to produce lithium dendrite because of the low lithium intercalation potential. At the same time, the specific capacity of graphite electrode is low and can not meet the requirements of industrial development. Therefore, the search for alternative graphite, with higher specific capacity and energy density, and cycle stability. The new generation of negative electrode materials with good safety have become one of the research hotspots in the field of lithium-ion batteries. Compared with graphite materials, titanium dioxide has superior safety and stability because of the relatively high lithium intercalation potential. At the same time, titanium dioxide has the potential to become the next generation cathode material for lithium ion batteries because of its low price, wide source, good structural stability and small volume strain. However, the conductivity of titanium dioxide itself is poor. Because of the poor transport performance of lithium ion, it is difficult to realize its theoretical specific capacity in charge and discharge process, which limits its application in negative electrode materials. The conductivity of titanium dioxide / carbon nanocomposites can be improved by nanocrystalline TIO _ 2 or composite with conductive materials such as graphite. On the one hand, the lithium separation can be shortened by nanocrystalline TIO _ 2 / carbon nanocomposites. Subtransmission path. On the other hand, carbon can provide conductive matrix to improve the conductivity of titanium dioxide. In this way, the main contents of this paper include: 1. Polystyrene colloid particles were formed by using dimethylformamide as solvent, polystyrene as reaction template and carbon source, tetraisopropanol titanium as TIO _ 2 precursor and concentrated hydrochloric acid. Titanium dioxide / polystyrene composite microspheres were prepared with the help of solvothermal method. Titanium dioxide / carbon composite microspheres with uniform morphology, controllable structure and multi-level structure were prepared by calcination in argon atmosphere. The multilevel TIO _ 2 / carbon composite microspheres have a high vibrational density. At the same time, compared with pure titanium dioxide microspheres, the mass specific capacity and cyclic stability of TIO _ 2 / carbon composite microspheres are higher than those of pure TIO _ 2 / carbon composite microspheres. In addition, titanium dioxide / carbon composite microspheres prepared by inert atmosphere calcination can be controlled by further annealing in air atmosphere. Titanium dioxide / carbon composite microspheres with different carbon content were obtained. In this paper, the formation mechanism, morphology and structure of titanium dioxide / carbon composite microspheres and lithium electrical properties were studied systematically. As an extensive research work, the photocatalytic hydrogen production of titanium dioxide / carbon composite microspheres was further studied. 2. 1 ~ (4) -dioxane was used as solvent, and titanium tetraisopropanol was used as TIO _ 2 precursor. By changing the concentration of concentrated hydrochloric acid in the system, under solvothermal conditions, microspheres composed of nanocrystalline particles, composite microspheres composed of nanorods and nanoparticles, and microspheres formed by nanorods were synthesized by template-free method. Nanorods formed by clusters and other four kinds of micro-and nano-structure. Calcined in air atmosphere. The morphologies of crystalline titanium dioxide microstructures can be obtained. In this paper, the evolution mechanism of multilayer morphology of TIO _ 2 under the condition of no template method is discussed. On this basis, the lithium electrical properties and photocatalytic hydrogen production properties of titanium dioxide with different morphologies were studied. The relationship between structure and performance is also discussed.
【學(xué)位授予單位】：寧波大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1;TM912

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1373476