碳摻雜TiO2復(fù)合納米材料的制備及鋰電性能研究.pdf

1、TiO2材料在鋰離子嵌入/脫出過程中體積膨脹小、循環(huán)穩(wěn)定性好、綠色安全是一種備受關(guān)注的新型電極材料。但是TiO2的導(dǎo)電性能較差，提高二氧化鈦負極材料電子導(dǎo)電率和鋰離子擴散能力是該材料進一步推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。對TiO2的研究，如形貌結(jié)構(gòu)設(shè)計、制備方法的改善、材料改性等，旨在改善TiO2的導(dǎo)電性。另外引入導(dǎo)電性物質(zhì)是提高TiO2材料導(dǎo)電性的主要方法之一，因此本文結(jié)合有序微球結(jié)構(gòu)和有序多孔結(jié)構(gòu)能有效提高TiO2鋰電性能的特點，可控制備了導(dǎo)電物質(zhì)

2、摻雜的有序C@TiO2微球，有序多孔材料C/TiO2，同時制備了SnO2-C@TiO2復(fù)合納米微球并探究其鋰電性能。
　　TiO2排列無序使鋰離子的傳遞距離增長，為解決這一問題，使用有序的樹脂（RF）微球為模板，合成了三維有序的C@TiO2微球和TiO2空心球薄膜材料，改善了TiO2材料的鋰電性能。3D有序C@TiO2微球和空心TiO2微球在200mA/g的電流密度下平均放電比容量分別為135.8mAh/g和120mAh/g，C摻

3、雜使其比容量提高了13.17%，在1000次循環(huán)后，庫侖效率高達98%；在1000mA/g的電流密度下平均比容量分別為80mAh/g和60mAh/g，C摻雜使其比容量提高了33.33%，在1000次循環(huán)后，庫侖效率在99%以上。
　　當(dāng)SnO2在完全鋰化狀態(tài)和析出狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時，誘發(fā)200%的體積變化，產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，材料結(jié)構(gòu)破壞，使其容量迅速衰減。為解決此問題本文采用浸漬Sn4+的RF為模板合成了SnO2@TiO2和SnO2-

4、C@TiO2核殼材料，用空心TiO2微球包裹SnO2，此空心內(nèi)部空間可以有效緩沖Li+嵌入過程中產(chǎn)生的應(yīng)力。SnO2@TiO2和SnO2-C@TiO2核殼微球在200mA/g時比容量分別為153.3mAh/g和202.5mAh/g，在100次循環(huán)后，庫侖效率均大于99%。在1000mA/g的時比容量分別為138mAh/g和75.5mAh/g，在500次循環(huán)后，庫侖效率分別為98.94%和99.92%。
　　為了改善TiO2納米材料

5、導(dǎo)電性差的問題，本文采用軟模板法一步合成有序多孔的TiO2，并在其表面原位聚合沉積不同量的導(dǎo)電聚合物聚吡咯，制得PPy/TiO2，碳化制備具有高結(jié)晶化碳球摻雜的C/TiO2，探究不同聚吡咯含量和不同納米碳球摻雜量對其鋰電性能影響。PPy/TiO2在摩爾比為0.05（PPy：TiO2）時性能最優(yōu)，進而碳化所得C/TiO2-1在同系列中性能最優(yōu)。在200mA/g的電流密度下比容量分別為162mAh/g和166.94mAh/g，相對于有序多孔