【摘要】：二氧化鈦(TiO_2)因具有成本低、環(huán)境友好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及安全性高等特點(diǎn),被視為有前景的下一代鋰離子電池負(fù)極材料。但是,TiO_2為半導(dǎo)體材料,導(dǎo)電性較差、離子傳輸能力較弱。因而在作為負(fù)極材料時(shí),倍率性能較差,從而限制其實(shí)際應(yīng)用。通過(guò)與高導(dǎo)電能力的材料復(fù)合、雜原子摻雜、納米化處理等措施可以提升TiO_2的電化學(xué)性能。基于此,本論文通過(guò)原位熱解單分子前驅(qū)體制備出不同晶型的一維多孔二氧化鈦(1-D TiO_2)以及氮摻雜碳復(fù)合的納米TiO_2(TiO_2-NPs/NC)負(fù)極材料,并對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行了探究分析,期望得到性能優(yōu)異的二氧化鈦基負(fù)極材料。本論文的主要研究?jī)?nèi)容可概括如下:1)探究了銳鈦礦、銳鈦礦/金紅石、銳鈦礦/TiO_2-B三種不同晶型的二氧化鈦基負(fù)極材料的制備、電化學(xué)性能及儲(chǔ)鋰機(jī)制;2)探究了不同熱解溫度條件下制備的TiO_2-NPs/NC復(fù)合材料的電化學(xué)性能;3)探究并分析了TiO_2-NPs/NC復(fù)合材料的儲(chǔ)鋰機(jī)制、動(dòng)力學(xué)特征及充放電性能。通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究,可得出如下結(jié)果/結(jié)論:1)利用熱解單分子前驅(qū)體可以可控并高效地制備出不同晶型和組成的二氧化鈦基負(fù)極材料。2)對(duì)比銳鈦礦、銳鈦礦/金紅石、銳鈦礦/TiO_2-B三種不同晶型的二氧化鈦基負(fù)極材料的電化學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)銳鈦礦/TiO_2-B材料具有最好的電化學(xué)性能。3)分析不同煅燒溫度制備的TiO_2-NPs/NC復(fù)合材料的電化學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)單分子前驅(qū)體熱解法制備TiO_2-NPs/NC復(fù)合材料的最佳煅燒溫度為550℃。4)分析TiO_2-NPs/NC復(fù)合材料的儲(chǔ)鋰機(jī)制和動(dòng)力學(xué)特征,表明TiO_2-NPs/NC復(fù)合材料儲(chǔ)鋰過(guò)程由電容和法拉第機(jī)制共同完成,超細(xì)二氧化鈦負(fù)極材料具有較大的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)(D_(Li+))。5)分析TiO_2-NPs/NC復(fù)合材料的的電化學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)較小比表面積的TiO_2-NPs/NC復(fù)合材料也可以表現(xiàn)出較好的倍率性能、循環(huán)穩(wěn)定性及高的比容量。即:在0.3、1.0、2.0、4.0和6.0 A g~(-1)電流密度下,材料的比容量分別達(dá)到360、270、220、160和125 mAh g~(-1)。在4.0和6.0 A g~(-1)高電流密度下循環(huán)完1000圈后,容量保持率分別為93.3%和94.0%。分析得出,基于超細(xì)納米粒子可縮短離子遷移路徑、提高抗內(nèi)部應(yīng)力的能力和減少團(tuán)聚現(xiàn)象以及氮摻雜碳基質(zhì)提高材料導(dǎo)電性的協(xié)同作用,TiO_2-NPs/NC復(fù)合材料具有較好的電化學(xué)性能。
【圖文】：

學(xué)循環(huán)過(guò)程中，高純度的金屬鋰會(huì)在電極表面沉積出來(lái)，由，因而容易與電解質(zhì)或可能含有的雜質(zhì)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)副反應(yīng)，能或引發(fā)安全問(wèn)題。為了避免此類(lèi)安全問(wèn)題的發(fā)生及探究開(kāi)發(fā)極材料，后期便開(kāi)始了以鋰合金為電池負(fù)極材料的實(shí)驗(yàn)探究。定程度上提升了安全性能和電化學(xué)性能，但由于合金負(fù)極材料率大，因而其結(jié)構(gòu)仍十分不穩(wěn)定[6]。為此，在 20 世紀(jì) 80 年代案：一是，將液體電解質(zhì)換成為高聚物固體電解質(zhì)，進(jìn)而得到；二是，經(jīng) M.Armand[7]提出的“Rocking-chair rechargeable batt日本的索尼公司在 1990 年間成功研制開(kāi)發(fā)出來(lái)后，，在世界范圍電池的研究熱潮。時(shí)至今日，鋰離子電池負(fù)極材料已經(jīng)經(jīng)歷了材料，發(fā)展到碳材料和過(guò)渡金屬及其合金、氧化物、硫化物等物負(fù)極材料，比如：TiO2、Li4Ti5O12等，因具備較好的穩(wěn)定性等特性，而得到了更多的關(guān)注，有望成為下一代鋰離子二次電池

24硼酸鹽、硅酸鹽以及 Tavorite 化合物等）也得到了一定的關(guān)注。鋰離子電池工作原理離子二次電池主要由負(fù)極材料、正極材料、電解液、集流體和隔膜等五大極材料常以三元材料（LiNixCoyMn1-x-yO2）、LiMn2O4、LiCoO2以及 LiFeP極材料在商業(yè)化應(yīng)用中則一般是以石墨類(lèi)碳材料為主。隔膜是一種負(fù)責(zé)把隔開(kāi)來(lái)的微孔高聚物材料，其可有效地避免電池內(nèi)部發(fā)生短路，具備有較性與電子絕緣性。微孔結(jié)構(gòu)的聚乙烯（PE）或者聚丙烯（PP）類(lèi)高聚物[的隔膜材料。電解液則一般是由高純度的有機(jī)溶劑（如：碳酸甲乙酯（E乙酯（DEC）、碳酸乙烯酯（EC）等）、鋰鹽（如 LiPF6）及必要的添加劑成。對(duì)于電池的電解液而言，其一般具備較好的穩(wěn)定性、較高的離子電導(dǎo)較寬的工作電壓范圍[16]。銅箔和鋁箔是一般常涉及到的集流體。一般而言對(duì)應(yīng)負(fù)極材料，鋁箔集流體則為正極材料所用。圖 1-2 展示的為工作原理
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TQ134.11

【參考文獻(xiàn)】

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1 黃麗宏;閔忠華;張勤勇;;鋰離子電池負(fù)極材料的研究現(xiàn)狀及研究方向[J];西華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年06期

2 仇衛(wèi)華;閻坤;連芳;喬亞非;;硼基鋰鹽電解質(zhì)在鋰離子電池中的應(yīng)用[J];化學(xué)進(jìn)展;2011年Z1期

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5 戴燕珊,冼巧妍,黃振茂;鋰離子電池性能研究[J];電池工業(yè);2002年05期

本文編號(hào)：2631476