本文關鍵詞：氧化鈦及TB5氧化物納米管陣列制備與鋰電池負極性能研究　出處：《昆明理工大學》2014年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：隨著化石能源的不斷消耗,以鋰離子電池為代表的新能源技術正日益受到全球矚目關注。目前對鋰離子電池研究的焦點集中在改善電極材料性能上,而具有優(yōu)異性能的納米材料成為了攻克這一難關的突破口。 二氧化鈦因其高的理論容量,充放電過程中結構穩(wěn)定性和自然界含量豐富等優(yōu)點,成為取代傳統(tǒng)石墨電極的新型鋰離子電池負極材料。然而由于二氧化鈦本身的原因,使得其放電容量只能達到理論容量的一半,嚴重制約了二氧化鈦的實際應用。電化學陽極氧化法是一種方法簡單、操作方便的制備一維納米材料的方法,廣泛應用于二氧化鈦納米管陣列的制備。由陽極氧化法所制備的二氧化鈦納米管陣列排列均勻整齊,在鋰電池應用中具有非常大的潛在優(yōu)勢。 本實驗以純鈦為陽極,采用電化學陽極氧化法制備二氧化鈦納米管陣列。經過600℃熱處理得到銳鈦礦和金紅石混合相結構,兩相之比為5.11。將此材料組裝鋰離子電池,電池充放電結果表明,在0.1C (1C=335mA/g)電流密度下,銳鈦礦和金紅石混合相結構首次充放電容量為230mAh/g和210mAh/g,而純銳鈦礦二氧化鈦納米管陣列只有185mAh/g和173mAh/g,銳鈦礦和金紅石混合相結構具有更高的充放電容量。100次循環(huán)測試之后,混合相還能夠保留180mAh/g的充放電比容量。倍率測試性能表明混合相在經歷大電流密度沖擊后回到初始放電密度還能夠保留初始容量的80%。循環(huán)伏安測試表明混合相電極具有兩種嵌鋰動力學機制,而電化學阻抗測試說明混合相的阻抗比純銳鈦礦的阻抗要大。通過以上電化學測試結果表明,銳鈦礦和金紅石混合相結構具有更佳優(yōu)異的電化學性能,這是由納米金紅石二氧化鈦本身的性質、晶體缺陷對鋰離子的傳遞起促進作用與缺陷對電子傳遞的阻礙作用三個方面綜合的結果。 本實驗還采用了TB5(Ti-15V-3Al-3Sn-3Cr)合金做陽極,氧化得到了形貌不均勻,表面成分復雜的氧化層。XPS測試表明合金元素V和Sn在氧化過程中和Ti一起被氧化形成了氧化物V2O5和SnO2。將陽極氧化的合金作為電極材料進行循環(huán)伏安測試,結果表明電極表面存在不止一種鋰存儲動力學機制。電池充放電測試在電流密度5μA/cm2下開展,結果表明陽極氧化的合金的首次充放電比容量為5.5μAh/cm2,是陽極氧化純鈦所釋放的比容量的十分之一(55μAh/cm2)。電化學阻抗測試表明,陽極氧化的合金的阻抗是陽極氧化純鈦的十倍。此外,V2O5與SnO2同在一個電極體系,使整個電極材料的充放電性能非常不穩(wěn)定,100次循環(huán)性能測試和庫倫效率表明電極材料具有正極材料的特點。因此,雖然合金材料具有多種鋰離子存儲動力學機制,但是元素的搭配和阻抗的原因使得它難以充當理想的鋰電池電極材料。盡管如此,按照元素的鋰電池特性設計鈦合金進行陽極氧化仍然是一種改善二氧化鈦的理想工藝。
[Abstract]:With the constant consumption of fossil energy, the new energy technology represented by lithium ion battery is attracting more and more attention around the world. At present, the focus of research on lithium ion battery is to improve the performance of electrode material. And the nanometer material with excellent performance has become the breakthrough to overcome this difficulty. Titanium dioxide has the advantages of high theoretical capacity, structural stability and rich natural content during charge-discharge process. It has become a new cathode material of lithium ion battery instead of traditional graphite electrode. However, because of the reason of titanium dioxide itself, its discharge capacity can only reach half of the theoretical capacity. Electrochemical anodization is a simple and convenient method for preparing one-dimensional nano-materials. Titanium dioxide nanotube arrays prepared by anodizing method are widely used in the preparation of titanium dioxide nanotube arrays, which have great potential advantages in lithium battery applications. Titanium dioxide nanotube arrays were prepared by electrochemical anodization with pure titanium as anode. The mixed phase structure of anatase and rutile was obtained by heat treatment at 600 鈩，

本文編號：1421617