鋰離子電池作為一種重要的清潔能源被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域,例如:航空航天,電子產(chǎn)品和電動汽車等。隨著科技和經(jīng)濟的快速發(fā)展,鋰離子電池已經(jīng)無法滿足人們的日益增長的能源需求,而負極材料是影響鋰離子電池發(fā)展的重要因素之一。TiO_2作為一種常見的過渡金屬氧化物,因其具有價格低廉,綠色環(huán)保,物理化學性質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)勢被應(yīng)用于鋰離子電池負極材料,但是TiO_2較差的電子和離子傳導率限制了其應(yīng)用。研究者通常將其設(shè)計成納米級或者與導電材料復(fù)合,以此制備出性能良好的鈦基氧化物復(fù)合材料。本文通過溶劑熱法和高溫煅燒相結(jié)合的方法對材料表面進行修飾,得到C@TiO_2納米復(fù)合材料;以CNTs和熱解碳層的導電網(wǎng)絡(luò)為骨架,TiO_2以自組裝的方式進行沉積制得CNTs-C@TiO_2復(fù)合材料;以鏤空的花粉碳球作為骨架,葡萄糖作為碳包覆層,控制TBT的水解,制得C@TiO_2/3D花粉碳復(fù)合材料。并將其用于鋰離子電池負極材料,測試其電化學性能,主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:一、采用溶劑熱法和高溫煅燒相結(jié)合的方法成功制備出了C@TiO_2納米復(fù)合材料。在KCl的催化作用下,冰乙酸與乙二醇發(fā)生酯化反應(yīng)得到酯和水分子。水分子促使鈦酸四丁酯發(fā)生水解,水分子的消耗又促進酯化反應(yīng)的進行,類似于自催化反應(yīng)。前驅(qū)體在N_2氣氛下經(jīng)過高溫煅燒得到C@TiO_2納米復(fù)合材料。采用一系列的表征手段和電化學測試對復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)形貌和電化學性能進行了研究。研究結(jié)果表明,與純TiO_2相比,C@TiO_2納米復(fù)合材料在充放電循環(huán)過程不僅具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),而且表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學性能。C@TiO_2復(fù)合材料的首次充放電容量為374/757 mAh g~(-1),對應(yīng)的首次庫倫效率49.4%,即使在1.6 A g~(-1)的電流密度下,容量仍能維持在176.5 mAh g~(-1)。二、采用溶劑熱,以CNTs為添加劑,成功制備了CNTs-C@TiO_2復(fù)合材料。去離子水促使鈦酸四丁酯發(fā)生水解得到Ti(OH)_4顆粒,沉積到CNTs表面上。乙二醇在Ti~(4+)的作用下發(fā)生聚合反應(yīng)生成聚乙二醇,經(jīng)過高溫煅燒得到CNTs-C@TiO_2復(fù)合材料。在熱解碳和CNTs的協(xié)同作用下,復(fù)合材料的導電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到極大地提高,因此,CNTs-C@TiO_2復(fù)合材料作為鋰/鈉離子電池負極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。三、采用溶劑熱法和高溫煅燒相結(jié)合的方法,以鏤空的花粉碳球作為骨架,葡萄糖作為碳包覆層,成功制備了C@TiO_2/3D花粉碳復(fù)合材料。采用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、X-射線衍射(XRD)、拉曼光譜(Raman)和比表面積測試(BET)對材料的結(jié)構(gòu),形貌以及晶型進行了表征。經(jīng)過一系列的電化學測試,證實了C@TiO_2/3D花粉碳復(fù)合材料具有優(yōu)異的電化學性能。測試結(jié)果表明,當煅燒溫度為700℃時,在花粉碳球和熱解碳組成的導電網(wǎng)絡(luò)作用下,C@TiO_2/3D花粉碳復(fù)合材料在1 C的電流密度下的首次充放電容量為263.1/331 mAh g~(-1),對應(yīng)的庫倫效率分別為79.4%,循環(huán)100圈之后的容量維持在203.1 mAh g~(-1),容量保持率接近100%。為了更好地研究復(fù)合材料優(yōu)異的電化學性能,C@TiO_2/3D花粉碳復(fù)合材料在5 C的電流密度下進行了1000次的充放電循環(huán),容量仍能維持在148 mAh g~(-1),庫倫效率接近100%。
【學位單位】：山東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TM912
【部分圖文】：

圖 1.1 鋰離子電池的應(yīng)用領(lǐng)域[25]Fig. 1.1Application fields of Lithium-ion batteries[25].電池的簡述電池的發(fā)展元素周期表中的主族金屬元素，不僅是最“輕”的金屬金屬[26]。相對于標準氫電極，鋰金屬的電極電位僅為-最低的電極電位[27]。因此，鋰金屬應(yīng)用于儲能裝置-鋰離壓窗口和更高的能量密度，是選其作為鋰金屬電池二次電池的出現(xiàn)和發(fā)展最早始于上世紀 60年代的鋰一次電池授[28]發(fā)現(xiàn)金屬鋰可以在有機電解質(zhì)中沉積，提出了以有

圖 1.2 鋰離子電池充放電工作原理圖Fig. 1.2 The discharging-charging mechanism of Li-ion batterie1.2.3 鋰離子電池的組成鋰離子電池的組成一般包括五個部分：隔膜、電解液、電池殼負極材料。其中正負極材料關(guān)系到鋰離子電池的儲鋰能力，是決定的關(guān)鍵因素，因此，正負電極材料的研究是鋰離子電池研發(fā)的重(1) 正極材料正極材料是影響電池性能好壞關(guān)鍵因素之一。理想的正極材料特點：優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，較高的電極電勢，穩(wěn)定的物理化學性質(zhì)和電子傳導率，價格低廉和簡單的制備工藝[43]。近幾十年來，正有了長足的進步。研究比較早的鋰離子電池的正極料 LiMO2(通

子電池的簡述離子電池的發(fā)展來，智能電子產(chǎn)品與電動交通工具的迅猛發(fā)展，鋰離子電池發(fā)足人們的能源需求。另外金屬鋰資源有限，全球分布不均勻，價積極尋求其他儲能裝置來替代鋰離子電池[60]。鈉是地球上儲一，與鋰金屬具有相似的物理化學性質(zhì)，適用于鈉離子電池鈉離子電池研究的深入，發(fā)現(xiàn)鈉離子電池具有很多優(yōu)勢，如生，綠色環(huán)保等[61]。因此，各國加大了對鈉離子電池的研發(fā)力有了迅猛的發(fā)展，圖 1.3 為鈉離子電池電極材料容量與電壓環(huán)保意識的提高，人們對綠色，高效的儲能裝置越來越重視來具有廣闊的發(fā)展前景和市場空間。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 焦玉梅;;中國能源發(fā)展戰(zhàn)略之我見[J];北方經(jīng)濟;2006年20期

2 任學佑;鋰離子電池及其發(fā)展前景[J];電池;1996年01期

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 楊宏林;能源經(jīng)濟系統(tǒng)能源開發(fā)、配置及能源約束下經(jīng)濟增長的研究[D];江蘇大學;2007年

本文編號：2832553