鋰離子電池負(fù)極材料TiO2納米管陣列和TiO2@Si薄膜的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、隨著各種便攜式電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，以及近年來(lái)研究技術(shù)以及應(yīng)用領(lǐng)域(如電動(dòng)汽車和智能電網(wǎng)等)的拓展，開(kāi)發(fā)高能、安全、低廉、環(huán)保的電池材料成為鋰離子電池發(fā)展的關(guān)鍵?，F(xiàn)在商業(yè)化的鋰離子負(fù)極碳材料由于存在著容量低、安全性能差等問(wèn)題，不能滿足交通工具與智能電網(wǎng)儲(chǔ)能用電池高容量、長(zhǎng)壽命的要求。TiO2由于具有較高的嵌鋰電位避免了鋰枝晶的生成，大大提高了電池的安全性能，且具有循環(huán)性能好、環(huán)境友好和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，使其成為動(dòng)力鋰離子電池負(fù)極材料關(guān)注的焦

2、點(diǎn)，但較低的容量制約了其應(yīng)用。為了滿足高能量電源的需求，研究人員不斷的探索高儲(chǔ)鋰量的新型負(fù)極材料，Si具有很高的理論容量(4200mAh·g-1)，是目前較理想的鋰離子電池負(fù)極材料之一，但存在利用率低、極化大、循環(huán)壽命短等問(wèn)題。針對(duì)以上兩種熱點(diǎn)材料存在的問(wèn)題，論文開(kāi)展了TiO2納米管陣列結(jié)構(gòu)和TiO2@Si薄膜制備、表征及電化學(xué)性能研究，并對(duì)二者的電極動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了較全面的探討，研究結(jié)果如下：
　　 (1)采用陽(yáng)極氧化方法制備了微

3、米級(jí)、高度整齊有序的TiO2納米管陣列，作為鋰離子電池負(fù)極材料進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試。結(jié)果表明：首次嵌鋰容量為73.3μAh.cm-2，100次循環(huán)后容量仍維持在65.5μAh.cm-2，保持率為89.4％，循環(huán)性能優(yōu)異，且充放電庫(kù)侖效率均在95%以上。由循環(huán)伏安曲線法計(jì)算出該材料的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)為D=7.7×10-9cm2·s-1。通過(guò)電化學(xué)阻抗法，得出電極反應(yīng)中電子傳輸?shù)谋碛^活化能為Ea=58.4kJ·mol-1
　　 (2)采

4、用高真空磁控濺射法在已制備的TiO2納米管陣列上沉積Si薄膜，通過(guò)XRD、SEM、TEM和TEAMEDX等測(cè)試手段對(duì)合成的TiO2@Si薄膜的結(jié)構(gòu)、組成和形貌進(jìn)行表征。利用恒電流充放電、CV、EIS等手段測(cè)試了此負(fù)極材料的電化學(xué)性能。以20μA·cm-2充放電時(shí)，TiO2@Si薄膜首次放電容量為175.6μAh·cm-2，循環(huán)100圈后，放電容量為84.6μAh·cm-2。電化學(xué)研究結(jié)果表明，TiO2的管狀結(jié)構(gòu)，很好地改善了硅負(fù)極材料的