Ti和Sn氧化物負極材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其電化學性能.pdf

1、鋰離子電池和傳統(tǒng)鉛酸、鎳氫電池相比，具有容量高、功率大、循環(huán)性能好，不含鉛、鎘、汞重金屬等優(yōu)點，被稱為“綠色化學電源”，因而廣泛應用于移動數(shù)碼電子、電動汽車、空間飛行器等大功率電源領(lǐng)域。負極材料是鋰離子電池的重要組成部分，目前商業(yè)化的負極材料主要是由碳材料制備而成，但是碳的理論比容量低，已成為限制鋰電池進一步發(fā)展的瓶頸。近年來，金屬氧化物負極材料由于其較高的理論比容量已成為目前最有希望替代碳負極材料的候選者。然而，金屬氧化物負極材料在充

2、放電過程中會產(chǎn)生巨大的體積變形，從而造成材料開裂、脫落，最終導致鋰離子電池失效。因此，目前對于鋰離子電池負極材料的研究主要集中在通過納米化和復合化的方法來優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)，緩解體積膨脹，提高循環(huán)性能。
　　因此，本學位論文以金屬氧化物TiO2、SnOx為研究對象，通過微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計和復合化的方法對該類負極材料進行組分與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以改善鋰離子電池負極材料的循環(huán)性能和倍率性能。在此基礎(chǔ)上，采用球磨法、靜電紡絲法、水熱法和電鍍-陽極氧化法制備

3、鈦和錫的氧化物負極材料，利用XRD、SEM、TEM、BET、XPS等表征測試方法對實驗制備的樣品進行微觀結(jié)構(gòu)和表面形貌進行表征，采用恒流充放電測試、電化學阻抗譜等方法對其電化學性能進行了評估。主要創(chuàng)新性研究成果如下：
　　1、分別采用機械球磨法和靜電紡絲法制備介孔結(jié)構(gòu)TiO2/CNTs復合材料和納米纖維結(jié)構(gòu)TiO2，并研究了其顯微組織對材料電化學性能的影響。結(jié)果表明，所制備的介孔結(jié)構(gòu)或納米纖維 TiO2的比容量和倍率性能相對于純顆

4、粒狀 TiO2得到了有效提升，且具有較高的庫侖效率和循環(huán)性能。其原因在于介孔結(jié)構(gòu)和纖維結(jié)構(gòu)可大大增加材料的比表面積，便于激活活性物質(zhì)參與反應，同時這些結(jié)構(gòu)還可作為負極材料在鋰脫嵌過程中的力學支架與嵌鋰脫鋰通道，有利于鋰離子的脫嵌。
　　2、分別采用靜電紡絲法和水熱法制備高比容量SnO2/TiO2和SnO2/RGO復合材料，并對其微觀結(jié)構(gòu)和電化學性能進行研究。結(jié)果表明，這兩種復合材料的循環(huán)性能和比容量相較純SnO2均得到了明顯改善，

5、尤其是RGO負載SnO2負極材料的電化學性能更為優(yōu)異，首次放電比容量高達1696 mAh g?1，循環(huán)50次后放電比容量仍有600 mAh g?1。其原因在于，TiO2和RGO的加入可以有效緩解SnO2在充放電過程中因體積膨脹導致的材料失效，并能進一步提升材料的比容量和導電性，從而改善了該負極材料的循環(huán)性能。
　　3、基于一體化層狀復合材料的設(shè)計思想，以單質(zhì)銅為基底，采用電鍍-陽極氧化法直接制備具有介孔結(jié)構(gòu)的SnO2/SnO/Sn

6、層狀一體化復合材料，同時為進一步提升電極材料的比容量和循環(huán)性能，通過加入CNTs制備了CNTs@SnO2/SnO/Sn層狀一體化復合材料。研究結(jié)果表明，該一體化復合材料的首次放電比容量高達1895 mAh g-1，經(jīng)過50個循環(huán)后，容量仍保持在927 mAh g-1，從而通過電極材料的介孔化、復合化、一體化的綜合設(shè)計思想，有效改善電極材料的電化學性能。
　　4、以泡沫鎳為基底，采用復合電鍍-陽極氧化法制備出了層狀一體化錫氧化物薄膜