發(fā)布時(shí)間：2017-04-11 02:16

  本文關(guān)鍵詞：二氧化鈦材料電化學(xué)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(qiáng),價(jià)格便宜和環(huán)境友好等特點(diǎn),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(yīng)變”材料,是動(dòng)力型鋰離子電池的理想負(fù)極材料之一。但是二氧化鈦較低的電子電導(dǎo)和離子傳導(dǎo)嚴(yán)重影響了它的電化學(xué)性能。本論文在綜述國(guó)內(nèi)外二氧化鈦材料研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上,探究了MSNP (micron secondary nano primary)二氧化鈦的制備方法,詳細(xì)探討了前驅(qū)體鈦酸四丁酯(TBT)的pH值和濃度對(duì)材料形貌及電化學(xué)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(duì)TiO2/C復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及電化學(xué)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(xué)性能。在實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)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(lái)制備樣品。首先探究了前驅(qū)體TBT溶膠的pH值對(duì)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(dāng)溶膠的pH值為1.0時(shí),材料呈現(xiàn)出碗型結(jié)構(gòu),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(qū)體TBT濃度對(duì)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(xué)性能的測(cè)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(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)并未得到完全體現(xiàn)。究其原因,影響Ti02電化學(xué)性能的主要因素為其本身較差的導(dǎo)電性。本文采取碳包覆的方式來(lái)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(fù)合材料,通過電化學(xué)測(cè)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(shì)越明顯,在0.1C時(shí),三種材料的放電比容量均為170mAh g-1左右,而在2C時(shí),復(fù)合材料的容量為90mAh g-1左右,二氧化鈦只有20mAh g-1。 為進(jìn)一步提高TiO2的電化學(xué)性能,制備了碳含量為15%的TiO2/CPEG復(fù)合材料。其中CPEG-TBT44(碳含量15%,TiO2為前驅(qū)體濃度為44mL所制備)復(fù)合材料首次放電比容量為310mAh g-1,較碳含量5%的復(fù)合材料數(shù)值有了大幅提升,同時(shí)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(diào)整為1～3V時(shí),CPEG-TBT12, CPEG-TBT20復(fù)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(fù)合材料的活化性能。將放電區(qū)間調(diào)整為0-3V,可使CPEG-TBT20復(fù)合材料活化。 為減少材料之間電子傳導(dǎo)阻抗,使活性物質(zhì)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(fù)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(cè)試中,放電比容量遠(yuǎn)高于純二氧化鈦；經(jīng)過50次的充放電循環(huán),復(fù)合材料的容量仍舊保持在238mAh g-1左右。
【關(guān)鍵詞】：二氧化鈦 碳基復(fù)合材料 電化學(xué)性能 負(fù)極材料 鋰離子電池
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：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(jié)構(gòu)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L(fēng)iCoO_217
• 1.4.2 鋰錳氧化物L(fēng)iMnO_2和LiMn_2O_417-18
• 1.4.3 鋰鎳氧化物L(fēng)iNiO_218
• 1.4.4 磷酸鹽聚陰離子系列LiMPO_418-19
• 1.5 鋰離子電池負(fù)極材料19-26
• 1.5.1 碳負(fù)極材料20
• 1.5.2 錫基負(fù)極材料20
• 1.5.3 硅基負(fù)極材料20-21
• 1.5.4 過渡金屬氧化物21-22
• 1.5.5 TiO_2基負(fù)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(fù)合材料的制備27-29
• 1.7 本論文的研究思路和主要內(nèi)容29-30
• 2. 實(shí)驗(yàn)方法30-40
• 2.1 實(shí)驗(yàn)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(fù)合材料的制備33-35
• 2.3 材料的組織及微觀結(jié)構(gòu)分析35-36
• 2.3.1 X-射線衍射分析(XRD)35
• 2.3.2 場(chǎng)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(cè)試(BET)36
• 2.4 電化學(xué)性能測(cè)試36-40
• 2.4.1 組裝扣式電池36-37
• 2.4.2 恒流充放電測(cè)試37
• 2.4.3 交流阻抗譜(EIS)測(cè)試37-40
• 3. MSNP-TiO_2的表征以及電化學(xué)性能研究40-50
• 3.1 引言40
• 3.2 pH值對(duì)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(xué)性能44-46
• 3.3 濃度對(duì)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(xué)性能表征47-48
• 3.3.3 材料的阻抗分析48-49
• 3.4 本章小結(jié)49-50
• 4. TiO_2/C復(fù)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(xué)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(jié)61-62
• 5. 大孔碳對(duì)TiO_2電化學(xué)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(xué)性能表征64-66
• 5.4 本章小結(jié)66-68
• 6. 結(jié)論68-70
• 6.1 本文結(jié)論68
• 6.2 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新成果68-69
• 6.3 本文存在的不足和展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-80
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間取得的科研成果80

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

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

2 陳琳;申來(lái)法;聶平;蘇曉飛;張校剛;李洪森;;TiO_2@MWNTs納米復(fù)合材料的制備及其儲(chǔ)鋰性能[J];化學(xué)學(xué)報(bào);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(xué)性能[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2009年03期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

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

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本文編號(hào)：298084