本文關鍵詞：二氧化鈦材料電化學嵌脫鋰行為研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：二氧化鈦(TiO2)理論比容量為335mAh g-1,具有嵌鋰電位較高,穩(wěn)定性強,價格便宜和環(huán)境友好等特點,值得一提的是,二氧化鈦材料在充放電過程中體積變化非常小,有良好的循環(huán)性能和安全性能,被稱為“零應變”材料,是動力型鋰離子電池的理想負極材料之一。但是二氧化鈦較低的電子電導和離子傳導嚴重影響了它的電化學性能。本論文在綜述國內外二氧化鈦材料研究進展的基礎上,探究了MSNP (micron secondary nano primary)二氧化鈦的制備方法,詳細探討了前驅體鈦酸四丁酯(TBT)的pH值和濃度對材料形貌及電化學性能的影響,深入研究了氧化石墨、聚乙二醇(PEG)和大孔碳作為碳源對TiO2/C復合材料的結構優(yōu)化以及電化學性能的改善作用。 MSNP二氧化鈦是指一次粒子為納米尺寸,二次粒子為微米尺寸的材料,理論上具有良好的電化學性能。在實驗方案的設計上,選取鈦酸四丁酯(TBT)為鈦源,采用溶膠-凝膠法,以噴霧干燥煅燒的方法來制備樣品。首先探究了前驅體TBT溶膠的pH值對材料制備的影響,X射線衍射分析、掃描電子顯微鏡觀察表明當溶膠的pH值為1.0時,材料呈現(xiàn)出碗型結構,一次顆粒大小約為13nm,二次顆粒尺寸為1～3μm,并且在顆粒表面分布有納米孔。前驅體TBT濃度對TiO2的晶型和形貌改變不明顯,但增加了碗型YiO2的壁厚。在電化學性能的測試中,TiO2在0.1C的倍率條件下,可逆放電比容量為170mAh g-1左右,并呈現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。 合成的MSNP二氧化鈦材料的放電容量(170mAh g-1)相比于理論容量(335mAh g-1)仍有較大的差距,其結構的優(yōu)勢并未得到完全體現(xiàn)。究其原因,影響Ti02電化學性能的主要因素為其本身較差的導電性。本文采取碳包覆的方式來改善材料性能。首先以氧化石墨和聚乙二醇為碳源,制備了碳含量為5%的TiO2/CGo, TiO2/CPEG復合材料,通過電化學測試,發(fā)現(xiàn)兩者的倍率性能較之前得到顯著提升,且放電倍率越高,優(yōu)勢越明顯,在0.1C時,三種材料的放電比容量均為170mAh g-1左右,而在2C時,復合材料的容量為90mAh g-1左右,二氧化鈦只有20mAh g-1。 為進一步提高TiO2的電化學性能,制備了碳含量為15%的TiO2/CPEG復合材料。其中CPEG-TBT44(碳含量15%,TiO2為前驅體濃度為44mL所制備)復合材料首次放電比容量為310mAh g-1,較碳含量5%的復合材料數(shù)值有了大幅提升,同時在倍率性能的表現(xiàn)上,該材料在10C的放電條件下,仍舊保持70mAhg1的容量。放電區(qū)間調整為1～3V時,CPEG-TBT12, CPEG-TBT20復合材料在0.1C的條件下,放電比容量只有20mAh g-1左右,難以活化,二氧化鈦的壁厚影響了復合材料的活化性能。將放電區(qū)間調整為0-3V,可使CPEG-TBT20復合材料活化。 為減少材料之間電子傳導阻抗,使活性物質與電解液能夠直接接觸,制備了以大孔碳為骨架的二氧化鈦-大孔碳(TiO2/CMPC)復合材料。該材料表現(xiàn)出良好的倍率性能和穩(wěn)定性,在0.1C～10C的測試中,放電比容量遠高于純二氧化鈦；經過50次的充放電循環(huán),復合材料的容量仍舊保持在238mAh g-1左右。
【關鍵詞】：二氧化鈦 碳基復合材料 電化學性能 負極材料 鋰離子電池
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：O614.411
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1. 緒論12-30
• 1.1 引言12-13
• 1.2 鋰離子電池的發(fā)展歷程13-14
• 1.3 鋰離子電池的基本結構及工作原理14-16
• 1.4 鋰離子電池正極材料16-19
• 1.4.1 鋰鈷氧化物LiCoO_217
• 1.4.2 鋰錳氧化物LiMnO_2和LiMn_2O_417-18
• 1.4.3 鋰鎳氧化物LiNiO_218
• 1.4.4 磷酸鹽聚陰離子系列LiMPO_418-19
• 1.5 鋰離子電池負極材料19-26
• 1.5.1 碳負極材料20
• 1.5.2 錫基負極材料20
• 1.5.3 硅基負極材料20-21
• 1.5.4 過渡金屬氧化物21-22
• 1.5.5 TiO_2基負極材料22-26
• 1.6 TiO_2的制備及改性26-29
• 1.6.1 TiO_2的制備26-27
• 1.6.2 TiO_2/C復合材料的制備27-29
• 1.7 本論文的研究思路和主要內容29-30
• 2. 實驗方法30-40
• 2.1 實驗原料30-31
• 2.2 材料的制備31-35
• 2.2.1 TiO_2的制備31-33
• 2.2.2 TiO_2/C復合材料的制備33-35
• 2.3 材料的組織及微觀結構分析35-36
• 2.3.1 X-射線衍射分析(XRD)35
• 2.3.2 場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)35-36
• 2.3.3 熱重分析(TG)36
• 2.3.4 比表面積測試(BET)36
• 2.4 電化學性能測試36-40
• 2.4.1 組裝扣式電池36-37
• 2.4.2 恒流充放電測試37
• 2.4.3 交流阻抗譜(EIS)測試37-40
• 3. MSNP-TiO_2的表征以及電化學性能研究40-50
• 3.1 引言40
• 3.2 pH值對TiO_2制備的影響40-46
• 3.2.1 材料的物相表征和形貌分析40-44
• 3.2.2 材料的電化學性能44-46
• 3.3 濃度對二氧化鈦的影響46-49
• 3.3.1 材料的物相表征和形貌分析46-47
• 3.3.2 材料的電化學性能表征47-48
• 3.3.3 材料的阻抗分析48-49
• 3.4 本章小結49-50
• 4. TiO_2/C復合材料的制備以及優(yōu)化50-62
• 4.1 引言50
• 4.2 材料的物相表征和形貌分析50-53
• 4.3 材料的電化學性能表征53-57
• 4.4 材料的優(yōu)化及分析57-61
• 4.5 本章小結61-62
• 5. 大孔碳對TiO_2電化學性能的修飾作用62-68
• 5.1 引言62
• 5.2 材料的物相表征和形貌分析62-64
• 5.3 材料的電化學性能表征64-66
• 5.4 本章小結66-68
• 6. 結論68-70
• 6.1 本文結論68
• 6.2 本文的主要創(chuàng)新成果68-69
• 6.3 本文存在的不足和展望69-70
• 參考文獻70-80
• 作者簡介及在學期間取得的科研成果80

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 胡娟,鄧建剛,何水樣,暢柱國,趙建社,劉建寧;納米級二氧化鈦制備方法的比較研究[J];材料科學與工程;2001年04期

2 陳琳;申來法;聶平;蘇曉飛;張校剛;李洪森;;TiO_2@MWNTs納米復合材料的制備及其儲鋰性能[J];化學學報;2012年01期

3 馬若彪;付延鮑;馬曉華;;二氧化錫填充多壁碳納米管材料的制備及電化學性能[J];物理化學學報;2009年03期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李紅;二氧化鈦納米晶的溶膠法低溫制備機理及其摻雜研究[D];浙江大學;2009年

  本文關鍵詞：二氧化鈦材料電化學嵌脫鋰行為研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：298084