碳包覆混晶二氧化钛纳米管锂离子电池负极材料的制备及性能研究

摘要

近年来，随着环境污染问题逐渐得到了大众关注，锂离子电池作为一种清洁的汽车动力能源越来越受到重视，由此对锂离子电池的能量密度和安全性能提出了更高的要求。此外，随着手机等电子产品屏幕越来越大，耗电越来越快，锂离子电池的容量和倍率性能也成了衡量锂离子电池品质的关键。
　　二氧化钛(TiO2)具有廉价、环保的特点，其纳米材料作为锂离子电池负极具有理论容量高、安全性能好、能量密度高、充放电平台高、可快速充放电等优点，是十分有前景的锂离子电池负极材料。其中的一维纳米TiO2由于具有两方向的锂离子传输通道，可以通过很大的电流快速充放电，能够满足人们对电动交通工具和数码产品快速充放电的需要。此外一维纳米TiO2采用水热法制备，操作简便，具有商用推广的条件。
　　本文采用水热法制备一维纳米TiO2，探究水热温度、烧结温度对一维纳米TiO2的形貌和电化学性能的影响，得到两种TiO2-B晶型和锐钛矿晶型同时存在的TiO2纳米管(TiO2-400和TiO2-500)，这两种混晶TiO2纳米管均具有较高的容量、良好的循环性能和优异的倍率性能。
　　为进一步提高混晶TiO2纳米管的性能，尝试采用石墨烯和多巴胺包覆对混晶TiO2纳米管进行碳包覆，其中多巴胺包覆6h后700℃碳化所得的材料具有TiO2-B晶型和锐钛矿晶型混合的管型结构，以及合适厚度(～2nm)的碳包覆层，从而同时具有高容量、高倍率性能及高循环稳定性的优点。该材料以200mA·g-1电流密度500次循环后容量保持在177.5mAh·g-1，大电流密度2000mA·g-1下容量为141.2mAh·g-1，600次大电流密度循环后(2000mA·g-1)，容量仍然维持在140.5mAh·g-1。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 锂离子电池

1．2．1 锂离子电池的研究现状

1．2．2 锂离子电池的组成及工作原理

1．2．3 锂离子电池电极材料

1．3 负极材料

1．3．1 碳基负极材料

1．3．2 锡基负极材料

1．3．3 钛基负极材料

1．4 TiO2锂离子电池负极材料

1．4．1 TiO2嵌脱锂机理

1．4．2 TiO2晶型结构及其特点

1．5 TiO2的纳米化

1．5．1 零维纳米TiO2

1．5．2 一维纳米TiO2

1．5．3 二维纳米TiO2

1．5．4 三维纳米TiO2

1．6 TiO2的碳包覆

1．6．1 石墨烯包覆

1．6．2 生物质碳包覆

1．7 本论文的研究目的、内容和意义

第二章 实验

2．1 实验所用主要药品及仪器

2．1．1 实验药品

2．1．2 实验仪器

2．2 实验方案

2．2．1 一维纳米TiO2的水热制备

2．2．2 碳包覆TiO2纳米管

2．3 材料的物理性能表征

2．3．1 形貌与结构表征

2．3．2 晶型结构表征

2．3．3 碳含量分析

2．3．4 化学结合状态分析

2．3．5 红外光谱分析

2．4 材料的电化学性能表征

2．4．1 电极的制备和电池组装

2．4．2 恒电流与变倍率充放电测试

2．4．3 循环伏安测试(CV)

2．4．4 交流阻抗测试(EIS)

第三章 一维纳米TiO2材料的水热制备

3．1 引言

3．2 实验过程

3．3 水热温度对一维纳米TiO2的影响

3．3．1 微观形貌表征

3．3．2 晶型结构表征

3．3．3 电化学性能

3．4 烧结温度对TiO2纳米管的影响

3．4．1 微观形貌表征

3．4．2 晶型结构表征

3．4．3 电化学性能

3．5 小结

第四章 TiO2纳米管的碳包覆

4．1 引言

4．2 实验过程

4．3 石墨烯包覆TiO2纳米管

4．3．1 微观形貌表征

4．3．2 晶型结构表征

4．3．3 碳含量分析

4．3．4 电化学性能

4．4 多巴胺包覆TiO2纳米管

4．4．1 微观形貌表征

4．4．2 晶型结构表征

4．4．3 碳含量分析

4．4．4 电化学性能

4．5 小结

第五章 结论

参考文献

致谢

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