基于離子液體TiO2納米晶的合成及其嵌脫鋰性能研究.pdf

1、隨著能源與環(huán)境問(wèn)題日益突出，電動(dòng)汽車(EV)和混合動(dòng)力汽車(HEV)的研究越來(lái)越受到世界范圍內(nèi)研究者關(guān)注。鋰離子電池技術(shù)在EV和HEV中應(yīng)用所面臨的主要問(wèn)題是快速充放電和安全性問(wèn)題，限制其快速充放電性能的主要原因是鋰離子在固相中擴(kuò)散速率較低。TiO2材料由于其較高的充放電電壓、高化學(xué)穩(wěn)定性、充放電過(guò)程“零”應(yīng)變，且具備開(kāi)放的嵌脫鋰通道等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)快速充放電及滿足安全性要求，成為一種新興的動(dòng)力鋰離子電池負(fù)極材料。采用納米材料可以有效的縮

2、短鋰離子遷移路徑，增大電化學(xué)活性比表面，從而大幅度提升材料的快速嵌脫鋰能力。
　　近年來(lái)，離子液體在納米材料合成中的應(yīng)用日益增多，并顯示出其相比于傳統(tǒng)合成方法的突出優(yōu)勢(shì)?；诖?，本文分別采用離子液體水解合成及溶膠-凝膠法合成TiO2納米晶，系統(tǒng)探討了合成溫度、輔助溶劑、陰離子種類、碳鏈長(zhǎng)度等對(duì)合成TiO2晶型及微觀形貌的影響，并對(duì)合成的TiO2納米晶的電化學(xué)嵌脫鋰性能進(jìn)行了深入研究。此外，為改善TiO2的電子和離子導(dǎo)電性，分別對(duì)其

3、進(jìn)行石墨烯(Graphene，GE)復(fù)合及氟F摻雜。
　　首先，采用離子液體水解合成TiO2，在高鹵素離子和高酸度的條件下得到了大比表面的金紅石TiO2納米晶，該材料可逆比容量可達(dá)216mAh/g，5C循環(huán)200次容量保持在127mAh/g。添加輔助溶劑后，合成產(chǎn)物的晶型發(fā)生了轉(zhuǎn)變，得到了銳鈦礦TiO2納米晶，比表面大大增加，該材料可逆比容量可達(dá)192mAh/g，5C循環(huán)200次容量保持在119mAh/g。合成中還發(fā)現(xiàn)，BF4-可

4、更有效地促進(jìn)結(jié)晶及晶粒的長(zhǎng)大，長(zhǎng)碳鏈離子液體表現(xiàn)出了更顯著的模板效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)TiO2電極的嵌脫鋰動(dòng)力學(xué)受鋰離子的固相擴(kuò)散控制。
　　其次，采用離子液體溶膠-凝膠法合成了具有高比表面、孔徑分布均勻、高熱穩(wěn)定性的介孔銳鈦礦TiO2納米晶。同樣，長(zhǎng)碳鏈離子液體表現(xiàn)出了更顯著的模板劑和穩(wěn)定劑的作用。該銳鈦礦TiO2可逆比容量可達(dá)226mAh/g，5C循環(huán)50次容量保持在127mAh/g。
　　最后，采用原位生長(zhǎng)的方法制備了金紅石T