锂离子电池负极材料二氧化钛的制备及性能研究

摘要

锐钛矿氧化钛（TiO2）做为锂离子电池负极材料，体积应变小（＜4﹪），相对锂具有较高电位，可以避免锂枝晶形成，因此能够提高锂离子电池安全性能。然而氧化钛本身较低的电导率导致其电化学性能受到限制，影响了它的应用。本文分别采用结构控制、降低粒径及碳复合三种方法尝试改善氧化钛的电化学性能。
　　采用静电纺丝技术制备了氧化钛，研究了不同温度，不同保温时间对材料性能的影响。采用 X射线衍射及扫描电子显微镜分别对样品物相及形貌进行了表征，结果表明，在450℃下保温1h、2h、3h均得到了纤维状结构的纯相锐钛矿氧化钛。室温条件下的充放电测试表明，保温2h制备的氧化钛具有最好的电化学性能，其在0.2C、0.5C、1C、2C充放电倍率下首圈比容量分别为203.2、177.2、153.4、131.6mAh/g，以0.2C的倍率循环100圈后，容量保持率为89﹪。其电化学阻抗谱（EIS）显示与其他热处理工艺相比，此工艺条件下得到的氧化钛的阻抗值最小，扩散系数较大。
　　通过水热工艺制备了锐钛矿氧化钛样品，研究了不同分散剂对样品颗粒大小及电化学性能的影响，研究发现聚丙烯酸（PAA）和盐酸（HCl）做分散剂均可以降低氧化钛颗粒尺寸，改善水热过程中氧化钛颗粒的团聚问题，PAA效果较明显；电化学性能测试表明，分散剂的加入整体上改善了氧化钛的电化学性能，加入 PAA分散剂的样品倍率表现明显好于其它两种样品；EIS测试表明，加入PAA和HCl两种分散剂都使得锐钛矿TiO2材料的整体阻抗减小，且增大了 Li+在材料中的扩散系数，其中加入PAA分散剂对扩散系数的提高较明显。
　　通过差示扫描量热仪（DSC）以及 X射线衍射（XRD）对纺丝以及水热工艺制备的碳复合样品热处理过程研究发现，碳的引入均提高了锐钛矿氧化钛的生成温度，同时提高了锐钛矿向金红石的相转变温度，透射电镜观察发现，复合样品中的碳以非晶态形式存在；无论是静电纺丝还是水热工艺制备的 TiO2/C复合样品的电化学性能均优于空气气氛条件下的锐钛矿样品性能，主要原因是非晶态碳的引入，提高了复合样品的电导率，从而整体上改善了复合样品的电化学性能。

目录

引言

第一章 绪 论

1.1锂离子电池的概况

1.2锂离子电池负极材料的研究

1.3锂离子电池负极材料二氧化钛材料的研究

第二章 一维结构氧化钛的静电纺丝法制备及性能研究

2.1 实验目的

2.2 实验原料

2.3 实验仪器

2.4 实验步骤

2.5不同热处理条件下实验结果与分析

2.6 本章小结

第三章 纳米氧化钛颗粒的水热法制备及性能研究

3.1 实验目的

3.2 实验原料

3.3 实验仪器

3.4 实验步骤

3.5 添加不同分散剂的实验结果与分析

3.6 本章小结

第四章 锂离子电池负极材料氧化钛的碳复合研究

4.1 实验目的

4.2 实验原料

4.3实验仪器

4.4 实验步骤

4.5 静电纺丝法碳复合结果与分析

4.6 水热法碳复合结果与分析

4.7 分析与讨论

4.8本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表论文

致谢

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