鋰離子電池因?yàn)楣ぷ麟妷焊摺⒀h(huán)壽命長(zhǎng)、能量密度大、自放電小、無記憶效應(yīng)等突出優(yōu)點(diǎn)幾乎涉及各個(gè)領(lǐng)域,尤其是移動(dòng)消費(fèi)類電子產(chǎn)品。負(fù)極作為鋰離子電池重要的一部分,直接決定了鋰離子電池的性能。傳統(tǒng)的鋰離子電池負(fù)極制備工藝復(fù)雜,耗時(shí)長(zhǎng),活性物質(zhì)只占電極的60-90%,且粘結(jié)劑阻礙了鋰離子擴(kuò)散通道,進(jìn)而影響電化學(xué)性能。二氧化鈦（TiO₂）廉價(jià),穩(wěn)定,安全,嵌入和脫出鋰離子體積變化小,被認(rèn)為是具有極大發(fā)展前景的無添加劑負(fù)極材料。因此,本論文旨在鈦箔上原位生長(zhǎng)多孔TiO₂涂層,直接用作鋰離子電池負(fù)極,并對(duì)其進(jìn)行表面改性,縮短離子擴(kuò)散路徑,增加反應(yīng)位點(diǎn),進(jìn)而提升儲(chǔ)鋰性能。首先,通過微弧氧化反應(yīng),在鈦箔上原位生長(zhǎng)多孔TiO₂涂層（¹μm）,豐富的孔結(jié)構(gòu)有利于電解液的擴(kuò)散,加速鋰離子擴(kuò)散到電極表面。此外,通過復(fù)合碳基導(dǎo)電材料,伴隨著垂直生長(zhǎng)在表面的納米片,形成多孔分級(jí)結(jié)構(gòu),縮短離子傳輸路徑,極大地降低了電化學(xué)阻抗。儲(chǔ)鋰性能容量提升了3倍,達(dá)到600 mAh cm^-3,接近的理論體積比容量638 mA... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖[25]

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1-2鋰離子充放電原理圖[26]1.2.3鋰離子電池負(fù)極材料迄今為止，鋰離子電池負(fù)極材料已經(jīng)發(fā)展了數(shù)代，人們一直在探索和尋找優(yōu)良的負(fù)極材料。一般來說，目前主要研究的鋰離子負(fù)極材料有如下幾種：鋰金屬，新型鋰合金，碳材料，氮化物，過渡金屬氧化物，納米氧化物及其他材料[27-31]。選擇鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，需要滿足以下要求：1.活性材料資源豐富，價(jià)格便宜，環(huán)境友好，對(duì)人體無毒無害；2.鋰離子在活性材料中的擴(kuò)散良好，便于進(jìn)行大倍率充放電；3.具有平穩(wěn)的充放電平臺(tái)，即隨著嵌鋰系數(shù)的變化，氧化還原電位基本無變化，如此，電池可以平穩(wěn)的進(jìn)行充放電；4.具有優(yōu)良的表面結(jié)構(gòu)，可以和有機(jī)電解液形成薄膜，即形成穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)薄膜(SEI)；5.合適嵌入鋰離子的電壓區(qū)間，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在形成完整的SEI膜后，不與其和電解質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)；6.具有優(yōu)良的電子電導(dǎo)和離子電導(dǎo)，減小極化，便于進(jìn)行大電流充放電；

第一章緒論7圖1-3三種類型的碳包覆的Si納米粒子在鋰嵌入和脫出過程的情況[48]3．二氧化鈦目前研究的大多數(shù)負(fù)極活性材料的化學(xué)勢(shì)(μA)都高于電解液的最低未占態(tài)軌道，因此會(huì)和電解液接觸并發(fā)生還原反應(yīng)，形成導(dǎo)電性極差鈍化膜[49]。此過程不僅消耗了電解液，還會(huì)引起鋰在負(fù)極表面的沉積，最終導(dǎo)致庫倫效率的下降和安全隱患的產(chǎn)生。鈦基負(fù)極材料就不具有這種缺點(diǎn)，具有較高的嵌鋰電位。而且其儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉，穩(wěn)定性優(yōu)異，安全受到了電池界的青睞[50]。TiO2的晶體結(jié)構(gòu)決定了它可以接受外來離子的電子，并為外來離子提供空間，例如Li+，H+，Na+等。TiO2的晶型主要有金紅石，銳鈦礦，板鈦礦和TiO2(B)。如圖1-4所示，最常見的晶體為TiO6的八面體結(jié)構(gòu)，其中Ti原子位于八面體中心，O原子位于八面體的六個(gè)頂點(diǎn)。就金紅石相的TiO2而言，兩個(gè)晶胞點(diǎn)點(diǎn)相連，屬四方晶系，簡(jiǎn)單四方點(diǎn)陣，空間群為P4/mmm，金紅石相是最為穩(wěn)定的TiO2晶型結(jié)構(gòu)，于自然界中存在最為廣泛。銳鈦礦型的TiO2，其基本結(jié)構(gòu)單元與金紅石相的TiO2一致，但是基本結(jié)構(gòu)單元是通過共邊相連，同樣屬于四方晶系。較金紅石相的TiO2，銳鈦礦相的TiO2較為不穩(wěn)定，容易在800-900℃下轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石相的TiO2。板鈦礦相的屬于斜方晶系，在板鈦礦晶體結(jié)構(gòu)中，O形成歪曲的四層最緊密堆積，層平行(100)晶面，Ti在八面體空隙中，每個(gè)[TiO6]八面體有三個(gè)棱角同周圍三個(gè)TiO6八面體共用，這些共


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