三維有序大孔介孔氧化鈦的制備及其鋰電性能研究.pdf

1、鋰離子電池是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的能源存儲器件，具有電壓高、體積小、質(zhì)量輕、比容量高、無記憶效應(yīng)、無污染、自放電小、壽命長等優(yōu)點。隨著智能手機(jī)、筆記本電腦、電動汽車等的迅速發(fā)展，具有高能量高功率密度的鋰離子電池顯得日益重要。目前所使用的以石墨化碳材料為負(fù)極的鋰離子電池在大電流充放電時具有安全隱患以及容量衰減的缺點，必須尋找一種可替代的新型負(fù)極材料。二氧化鈦具有嵌鋰電位高、循環(huán)性能好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、倍率性能好等優(yōu)點，被視為理想的負(fù)極材料。

2、
　　 三維有序大孔介孔氧化鈦具有的周期性孔結(jié)構(gòu)易于電解液滲透進(jìn)電極表面;高比表面積有利于電子在電極/電解液界面遷移;聯(lián)通的孔結(jié)構(gòu)可減少電子和電解液的傳輸路徑;多孔結(jié)構(gòu)能夠復(fù)合二次導(dǎo)電相，提高材料的倍率性能。
　　 本論文擬結(jié)合硬模板法、軟模板法等方法，分別通過粉末抽濾法和揮發(fā)法制備具有多級孔結(jié)構(gòu)的三維有序大孔介孔氧化鈦材料，系統(tǒng)地研究制備方法、焙燒溫度、晶型等對其電化學(xué)性能的影響，并對其進(jìn)行修飾改性。本論文主要取得了以

3、下幾個方面的結(jié)果:
　　 首先，采用無皂乳液聚合法合成親水性的聚苯乙烯-甲基丙烯酸甲脂-甲基丙烯酸丙基磺酸鉀微球，并將其作為模板，以提高三維有序大孔介孔氧化鈦材料的填充率。本論文合成了180nm、250nm、380nm尺寸的單分散性良好的聚合物微球。
　　 其次，結(jié)合硬模板法和軟模板法，分別通過粉末抽濾法和揮發(fā)法，制備了具有多級孔結(jié)構(gòu)的三維有序大孔介孔氧化鈦材料。以合成的氧化鈦為負(fù)極材料，組裝鋰離子電池，測試其電化學(xué)性能

4、，分析兩合成方法對其電化學(xué)性能的影響。采用粉末法合成的三維有序大孔介孔氧化鈦的首次充放電比容量分別為217mAh/g，在1、2和5C(1C=167mA/g)電流密度下經(jīng)過200次充放電循環(huán)的充放電比容量為125.7、81.8和5mAh/g。然而，采用揮發(fā)法合成的氧化鈦材料的首次放電比容量為222.6mAh/g，在1、2和5C電流密度下經(jīng)過200次循環(huán)的比容量分別為136.3、120和90mAh/g，其電化學(xué)性能均優(yōu)于粉末法制備的電極材料

5、的電化學(xué)性能。
　　 再次，將揮發(fā)法合成的三維有序大孔介孔氧化鈦，于不同溫度下進(jìn)行焙燒，測試其電化學(xué)性能，分析不同溫度和晶型對其電化學(xué)性能的影響。400、600和800℃焙燒的氧化鈦電極材料的首次放電比容量分別為222.6、187.6和134mAh/g，400℃焙燒的電極材料的循環(huán)性能和倍率性能均最好，其次是600℃焙燒的電極材料，最次是800℃焙燒的電極材料。此外，隨著焙燒的升高，銳鈦礦相向金紅石相轉(zhuǎn)變，金紅石相不利于鋰離子的

6、嵌入。
　　 最后，以蔗糖為碳源，采用水熱法，在三維有序大孔介孔氧化鈦表面進(jìn)行碳包覆，以提高多孔電極材料的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而提高電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性能和倍率性能。碳包覆后的氧化鈦電極材料的首次放電比容量為220mAh/g，其在1C電流密度下經(jīng)過150次充放電循環(huán)后的充放電比容量為180.3mAh/g，其在2C電流密度下經(jīng)過200次充放電循環(huán)后的充放電比容量為123.3mAh/g。碳包覆后的的三維有序大孔介孔氧化鈦的電化學(xué)性