發(fā)布時間：2017-08-26 01:45

  本文關(guān)鍵詞：等離子滲C、N、Fe、Ni的二氧化鈦納米管的制備及其鋰電性能研究

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【摘要】：二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N為被廣泛研究的半導(dǎo)體材料,因其成本低容易獲得、環(huán)境友好等特點(diǎn)得到了十分廣泛的應(yīng)用。二氧化鈦?zhàn)鳛殇囯x子電池的負(fù)極材料具有很好的電化學(xué)活性,因?yàn)槠漭^高的充放電平臺(1.7V),不僅避免了在低電壓形成的鋰枝晶造成的安全問題,而且不會在電極表面形成固體電解質(zhì)膜(SEI膜)。二氧化鈦納米管因具有比表面積大,能夠與電解液充分接觸,且能有效縮短鋰離子的擴(kuò)散距離等優(yōu)勢成為鋰離子電池的負(fù)極材料的研究熱點(diǎn),但是二氧化鈦較低的電子電導(dǎo)率和鋰離子分散率使其實(shí)際容量只有理論容量的一半,阻礙了其在鋰電池上的應(yīng)用。目前研究中基本上都是通過對二氧化鈦納米管進(jìn)行改性摻雜來提升改善其各方面的性能。論文先采用陽極氧化法制備出無定形的二氧化鈦納米管陣列,然后使用等離子滲金屬技術(shù)對二氧化鈦納米管進(jìn)行了金屬元素Fe、Ni和非金屬元素C、N摻雜。對制備得到的摻雜二氧化鈦納米管進(jìn)行材料表征并將其作為鋰離子電池的電極材料組裝成紐扣半電池測試電化學(xué)性能。等離子滲氮和碳的二氧化鈦納米管顯示出優(yōu)異的鋰電性能。SEM和XRD圖譜結(jié)果顯示等離子滲氮和碳樣品的納米管結(jié)構(gòu)并沒有被破壞,但是沒有含氮或者碳的TiC或者TiN物相出現(xiàn)。通過N和C的高分辨XPS圖譜發(fā)現(xiàn),C、N以間隙擴(kuò)散的機(jī)制進(jìn)入到二氧化鈦的晶格中取代了部分氧原子,形成Ti-O-N和Ti-O-C的結(jié)構(gòu)。對等離子滲氮和碳二氧化鈦納米管樣品進(jìn)行電化學(xué)性能檢測發(fā)現(xiàn),等離子滲氮和滲碳的二氧化鈦納米管首次放電容量分別從173mAhg-1和120mAhg-1提升至240mAhg-1和150mAhg-1,并且通過氮和碳的摻雜提高了電極材料的電導(dǎo)率,滲氮和滲碳的二氧化鈦納米管的阻抗分別從17Ω和180Ω減小到9Ω和80Ω,電池的整體循環(huán)穩(wěn)定性也都得到了一定的提升。等離子滲鐵和鎳的二氧化鈦納米管的鋰電性能較差。通過對樣品的XRD和XPS圖譜分析發(fā)現(xiàn),Fe和Ni并沒有滲入進(jìn)入二氧化鈦晶格中形成固溶體。經(jīng)過等離子滲鐵處理之后,樣品中出現(xiàn)了具有嵌鋰能力的鐵的氧化物Fe203；而經(jīng)過等離子滲鎳的樣品中卻只有金屬Ni存在。在后續(xù)的電化學(xué)檢測中發(fā)現(xiàn),Fe、Ni摻雜的二氧化鈦納米的鋰電性能很差,一方面是由于氧化物Fe203的加入在電池循環(huán)過程中會形成SEI膜,降低了電子電導(dǎo)率；另一方面是在滲入過程中納米管結(jié)構(gòu)被破壞了,導(dǎo)致電池不僅容量下降至28 mAhg-1和50 mAhg-1,阻抗也都增加至400Ω。
【關(guān)鍵詞】：二氧化鈦納米管 等離子滲氮 等離子滲金屬 鋰電池 電化學(xué)
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;TM912
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 引言12
• 1.2 鋰離子電池簡介12-16
• 1.2.1 起源與發(fā)展12-13
• 1.2.2 鋰電池的原理13-14
• 1.2.3 鋰電池的組成部分14-16
• 1.3 鋰電池負(fù)極材料的研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3.1 碳基材料17-18
• 1.3.2 硅基和錫基材料18
• 1.3.3 過渡金屬氧化物18-19
• 1.4 氧化鈦負(fù)極材料的研究19-23
• 1.4.1 二氧化鈦納米管的研究現(xiàn)狀20-22
• 1.4.2 二氧化鈦納米摻雜22-23
• 1.5 等離子摻雜處理23-24
• 1.6 本論文主要研究內(nèi)容與意義24-26
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料與方法26-38
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備26-27
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方案27-32
• 2.2.1 二氧化鈦納米管制備28-30
• 2.2.2 等離子摻雜二氧化鈦納米管的制備30-31
• 2.2.3 鋰電池的組裝31-32
• 2.3 實(shí)驗(yàn)工藝路線圖32-33
• 2.4 要表征方法33-34
• 2.4.1 X射線衍射儀(XRD)33-34
• 2.4.2 掃描電子顯微鏡(SEM)34
• 2.4.3 X射線光電子能譜(XPS)34
• 2.5 電化學(xué)性能測試34-38
• 2.5.1 電池比容量的計(jì)算34-35
• 2.5.2 恒流充放電測試35-36
• 2.5.3 不同倍率充放電性能測試36
• 2.5.4 循環(huán)伏安測試36
• 2.5.5 電化學(xué)阻抗測試36-38
• 第三章 等離子滲氮二氧化鈦納米管的制備及其鋰電性能研究38-50
• 3.1 等離子滲氮二氧化鈦納米管陣列的制備與表征38-43
• 3.1.1 制備工藝38-39
• 3.1.2 表征與分析39-43
• 3.2 等離子滲氮二氧化鈦納米管的電化學(xué)性能43-48
• 3.2.1 恒電流充放電測試43-44
• 3.2.2 循環(huán)伏安特性測試44-45
• 3.2.3 倍率性能測試45-46
• 3.2.4 電化學(xué)阻抗測試46-47
• 3.2.5 電池容量分析47-48
• 3.3 本章小結(jié)48-50
• 第四章 等離子滲碳二氧化鈦納米管的制備及其鋰電性能研究50-60
• 4.1 等離子滲碳二氧化鈦納米管陣列的制備與表征50-55
• 4.1.1 制備工藝50-51
• 4.1.2 表征與分析51-55
• 4.2 等離子滲碳二氧化鈦納米管的電化學(xué)性能55-59
• 4.2.1 恒電流充放電測試55-56
• 4.2.2 循環(huán)伏安特性測試56-57
• 4.2.3 倍率性能測試57-58
• 4.2.4 電化學(xué)阻抗測試58-59
• 4.2.5 電池容量分析59
• 4.3 本章小結(jié)59-60
• 第五章 等離子滲金屬二氧化鈦納米管的制備及其鋰電性能研究60-76
• 5.1 等離子滲鐵二氧化鈦納米管的制備及其鋰電性能研究60-64
• 5.1.1 制備工藝60-61
• 5.1.2 表征與分析61-63
• 5.1.3 電化學(xué)性能測試63-64
• 5.2 等離子滲鎳二氧化鈦納米管的制備及其鋰電性能研究64-68
• 5.2.1 制備工藝64-65
• 5.2.2 表征與分析65-66
• 5.2.3 電化學(xué)性能測試66-68
• 5.3 滲入元素的擴(kuò)散過程68-73
• 5.3.1 擴(kuò)散原理68-69
• 5.3.2 滲入元素在銳鈦礦中的擴(kuò)散分析69-73
• 5.4 本章小結(jié)73-76
• 第六章 研究結(jié)論和展望76-80
• 6.1 結(jié)論76-77
• 6.2 展望77-80
• 致謝80-82
• 參考文獻(xiàn)82-90
• 附錄 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文90

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 付敏,原鮮霞,馬紫峰;TiO_2納米管制備及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2005年01期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 吳建生;硅摻雜TiO_2納米管陣列的制備及光電催化性能的研究[D];大連理工大學(xué);2009年

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本文編號：738914