本文關(guān)鍵詞：鈦基負極材料的制備及其改性研究

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【摘要】：鈦基負極材料具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、低毒、原料儲存廣、無污染等優(yōu)點被廣泛認為是一類極具潛力的鋰/鈉離子電池負極材料。盡管TiO2有很多優(yōu)點,但其導(dǎo)電性差及離子在該材料中擴散率低的缺點很大程度上影響了鋰離子及鈉離子在Ti O2中的嵌入脫出速率。近年來,作為新型鈉離子電池負極材料,Na2Ti3O7飽受著導(dǎo)電性和電化學(xué)穩(wěn)定性差的影響,且在充放電過程中該材料還存在著結(jié)構(gòu)變形。在這篇論文中,我們以提高TiO2和Na2Ti3O7的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性為目的,通過制備不同形貌、不同尺寸及不同晶型的鈦基負極材料,并對材料進行碳材料的摻雜與包覆來改善材料的電化學(xué)性能。通過水熱法成功合成了具有納米尺寸的銳鈦礦TiO2。研究表明,納米尺寸的銳鈦礦TiO2具有良好的電化學(xué)性能。同時,為了克服材料導(dǎo)電性差的缺陷,用活化碳納米管(FCNTs)對材料進行摻雜。結(jié)果表明,活化碳納米管成功穿插在銳鈦礦TiO2納米粒子內(nèi)部并形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),有效地提升了材料的電子導(dǎo)電性。通過對不同摻雜量的復(fù)合材料進行電化學(xué)性能分析,我們發(fā)現(xiàn)摻雜量為2%的Ti O2/FCNTs納米復(fù)合材料在鋰離子電池中具有最優(yōu)異的電化學(xué)性能。Ti O2/FCNTs納米復(fù)合材料在1.0~3.0 V的電壓范圍內(nèi),5040 mA g-1的電流密度(30C)下,其首次放電比容量為109.2 mAh g-1,循環(huán)100次后,容量基本沒有衰減。通過一步溶劑熱法成功合成了在鋰離子電池和鈉離子電池中具有優(yōu)異電化學(xué)性能的多級球形雙晶二氧化鈦負極材料(anatase@TiO2(B))。結(jié)果表明,anatase@TiO2(B)在鋰離子電池中1.0~3.0 V的電壓范圍內(nèi),5040 mA g-1的電流密度(30 C)下,其首次放電比容量為114.8 mAh g-1,循環(huán)375次后,其容量仍然保持在91.7 mAh g-1。該材料在鈉離子電池中0.01~2.5 V的電壓范圍內(nèi),850 mA g-1的電流密度下深度放電后,當電流密度降低到85 mA g-1后其放電比容量能保持在168.6 mAh g-1,在170 mA g-1的電流密度下循環(huán)50周后電池放電比容量為131mAh g-1。通過流變相法成功合成了一種Na2Ti3O7/C復(fù)合材料。分布規(guī)整的碳材料將單個分散的Na2Ti3O7粒子緊密連接起來,在材料外部生成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。相對于純的Na2Ti3O7材料來說,Na2Ti3O7/C復(fù)合材料在鈉離子電池中具有優(yōu)異的電化學(xué)性能,在178 mA g-1的電流密度(1 C)下循環(huán)100次后,其放電比容量為111.8 mAh g-1,而純的Na2Ti3O7材料只有48.6 mAh g-1。
【關(guān)鍵詞】：二氧化鈦 鈦酸鈉 復(fù)合材料 鋰離子電池 鈉離子電池
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-25
• 1.1 引言10
• 1.2 鋰離子電池簡介10-13
• 1.2.1 鋰離子電池的發(fā)展10-11
• 1.2.2 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)及工作原理11-12
• 1.2.3 鋰離子電池的優(yōu)缺點12-13
• 1.3 鋰離子電池負極材料發(fā)展概況13-16
• 1.3.1 碳素類負極材料13-14
• 1.3.2 硅基負極材料14
• 1.3.3 錫基負極材料14-15
• 1.3.4 過渡金屬硫化物負極材料15
• 1.3.5 過渡金屬氧化物負極材料15-16
• 1.4 鈉離子電池簡介16-18
• 1.4.1 鈉離子電池的發(fā)展16-17
• 1.4.2 鈉離子電池負極材料發(fā)展概況17-18
• 1.5 鈦基負極材料研究進展18-22
• 1.5.1 二氧化鈦18-21
• 1.5.2 鈦酸鈉21-22
• 1.6 本課題的主要研究內(nèi)容及意義22-25
• 第2章 實驗方法25-30
• 2.1 實驗儀器及藥品25-26
• 2.1.1 實驗儀器25
• 2.1.2 實驗藥品25-26
• 2.2 材料物理性能表征26-27
• 2.2.1 X-射線衍射(XRD)26-27
• 2.2.2 掃描電鏡(SEM)27
• 2.2.3 透射電鏡(TEM)和選區(qū)電子衍射(SAED)27
• 2.3 扣式電池的制備27-28
• 2.3.1 極片的制備27
• 2.3.2 鋰離子電池組裝27
• 2.3.3 鈉離子電池組裝27-28
• 2.4 材料電化學(xué)性能表征28-30
• 2.4.1 充放電性能測試28
• 2.4.2 循環(huán)伏安(CV)和交流阻抗(EIS)測試28
• 2.4.3 恒電流間歇滴定(GITT)分析28-30
• 第3章 FCNTs-TiO_2納米復(fù)合材料的制備及儲鋰性能研究30-41
• 3.1 引言30-31
• 3.2 材料的制備31-32
• 3.2.1 FCNTs-TiO_2納米復(fù)合材料的制備31-32
• 3.3 結(jié)果與討論32-39
• 3.3.1 FCNTs-TiO_2納米復(fù)合材料的物理表征32-34
• 3.3.2 FCNTs-TiO_2納米復(fù)合材料的儲鋰性能分析34-39
• 3.4 本章小結(jié)39-41
• 第4章 球形核殼雙晶二氧化鈦負極材料的制備及儲鋰/鈉性能研究41-51
• 4.1 引言41
• 4.2 材料的制備41-42
• 4.2.1 anatase@TiO_2(B)的制備41-42
• 4.3 結(jié)果與討論42-49
• 4.3.1 anatase@TiO_2(B)的物理表征42-44
• 4.3.2 anatase@TiO_2(B)的儲鋰性能分析44-47
• 4.3.3 anatase@TiO_2(B)的儲鈉性能分析47-49
• 4.4 本章小結(jié)49-51
• 第5章 Na_2Ti_3O_7/C的制備及儲鈉性能研究51-59
• 5.1 引言51
• 5.2 材料的制備51-52
• 5.2.1 Na_2Ti_3O_7的制備51
• 5.2.2 Na_2Ti_3O_7/C的制備51-52
• 5.3 結(jié)果與討論52-57
• 5.3.1 Na_2Ti_3O_7/C的物理表征52-54
• 5.3.2 Na_2Ti_3O_7/C的儲鈉性能分析54-57
• 5.4 本章小結(jié)57-59
• 第6章 結(jié)論與展望59-62
• 6.1 結(jié)論59-60
• 6.2 展望60-62
• 參考文獻62-68
• 致謝68-69
• 個人簡歷69-70
• 攻讀碩士期間公開發(fā)表的科研成果70-71

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