二氧化鈦及錫、鋰摻雜納米管的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池是九十年代后投入市場的新一代綠色環(huán)保電池，它因?yàn)楣ぷ麟妷焊?、自放電率低、體積小、重量輕、無記憶效應(yīng)、安全無污染等獨(dú)特的性能被廣泛應(yīng)用移動(dòng)電話、微型相機(jī)、掌上電腦、筆記本電腦等領(lǐng)域，而制約鋰離子電池整體性能的關(guān)鍵因素之一是負(fù)極材料。 最早商品化的鋰離子電池所采用的負(fù)極材料幾乎都是碳材料，但由于碳材料在第一次充放電時(shí)，會(huì)在碳表面形成一層SEI膜即鈍化膜，造成部分不可逆容量損失；而且碳的電極電位與鋰的電位很接近，充電時(shí)金屬鋰

2、可能在碳電極表面析出，形成枝晶而引發(fā)安全問題。而TiO<,2>納米管作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)不存在上述問題，并且材料在充放電過程中由于結(jié)構(gòu)變化小、極化程度低等優(yōu)點(diǎn)，而具有很好的循環(huán)性能、可逆性和安全性能。TiO<,2>納米管相對(duì)金屬鋰的電極電位較低，可以與高電位的正極材料如LiCoO<,2>、LiO<,2>、LiMnO<,2>組成約2.0-2.5 V的電池，因而引起一些科研工作者的興趣。 本論文對(duì)二氧化鈦納米管的制備方法及其摻雜

3、改性做了闡述，并對(duì)其在鋰離子電池中的應(yīng)用做了深入細(xì)致的研究。主要內(nèi)容如下： 1.采用水熱合成法制備出銳鈦礦相TiO<,2>納米管，對(duì)其最佳合成溫度、最佳合成時(shí)間以及熱處理溫度對(duì)TiO<,2>納米管的形貌、相轉(zhuǎn)變等方面的影響作了細(xì)致的研究。測(cè)試表明反應(yīng)溫度在110～130℃、24h時(shí)，TiO<,2>納米管具有較好的形貌。熱處理溫度處理表明在500℃以下管狀結(jié)構(gòu)基本保持不變，晶型結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化。 2．將TiO<,2>納米管

4、制做成電極片，組裝成模擬電池并測(cè)試其電化學(xué)性能。測(cè)試表明銳鈦礦相TiO<,2>納米管電極材料具有較大的比容量發(fā)揮，首次放電容量達(dá)到了339 mAh/g，穩(wěn)定后的充放電容量維持在175 mAh/g，比TiO<,2>微米晶、TiO<,2>納米晶的嵌鋰容量大許多，CV曲線表明該電極具有較好的可逆性能，為準(zhǔn)可逆反應(yīng)。 3．采用溶膠-凝膠-水熱法分別制備出摻雜鋰和錫(摻雜濃度為5﹪)的TiO<,2>納米管，對(duì)其做了表征并測(cè)試其電化學(xué)性能。

5、研究發(fā)現(xiàn)，兩種離子的摻入并未改變二氧化鈦結(jié)構(gòu)，仍為銳鈦礦相。電化學(xué)測(cè)試表明：兩種離子的摻入都增加了嵌鋰容量，摻雜后的TiO<,2>納米管普遍比未摻雜TiO<,2>納米管的比容量發(fā)揮要大，超過了200mAh/g，提高了材料的電化學(xué)穩(wěn)定性，改善了電極的循環(huán)壽命。這其中的原因：第一，TiO<,2>是一種半導(dǎo)體，摻雜后由于降低了TiO<,2>中Ti<'4+>的含量，從而使材料的導(dǎo)電性增強(qiáng)；第二，摻雜后的TiO<,2>納米管長度普遍減小，這使得電