鋰離子電池材料TiO2基復(fù)合納米線陳列的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、目前商品鋰離子電池廣泛采用碳負(fù)極材料。在眾多的用作負(fù)極的碳材料中，石墨有低的嵌鋰電位，表現(xiàn)出優(yōu)良的嵌入/脫嵌性能。然而，石墨會(huì)在過(guò)充時(shí)會(huì)生成鋰枝晶，產(chǎn)生爆炸等安全隱患。因此，鋰離子電池研究學(xué)者近年來(lái)在尋找新的負(fù)極材料來(lái)取代碳材料。二氧化鈦(TiO2)因其嵌鋰電位高，能夠非常有效地避免充放電過(guò)程中鋰枝晶和SEI膜的形成。加上形貌可控、晶面間距大、多相以及資源豐富和對(duì)環(huán)境無(wú)污染等一系列優(yōu)點(diǎn)，其用作鋰離子電池負(fù)極材料的研究吸引了大量的關(guān)注。但

2、TiO2的電化學(xué)性能因本身比容量低(理論比容量335mAh/g)、導(dǎo)電性差而受到限制。本論文中通過(guò)制備TiO2基復(fù)合納米線陣列來(lái)提高其比容量和電導(dǎo)率，為鋰離子負(fù)極材料的研究提出一種新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念。
　　本論文首先通過(guò)簡(jiǎn)單的水熱法以及退火處理制備了混合TiO2納米線陣列。X-射線衍射(XRD)和拉曼(Raman)分析測(cè)試結(jié)果表明TiO2是由銳鈦礦和TiO2(B)兩相混合而成的。以混合TiO2納米線陣列直接作工作電極，無(wú)需添加任何導(dǎo)

3、電劑和粘合劑，研究其電化學(xué)性能。TiO2納米線充分發(fā)揮其一維納米線的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，比TiO2標(biāo)準(zhǔn)樣P25納米顆粒表現(xiàn)出更高的循環(huán)容量，更好的循環(huán)穩(wěn)定性以及倍率性能。
　　為了實(shí)現(xiàn)TiO2納米線在高性能鋰離子動(dòng)力電池上的應(yīng)用，本論文通過(guò)制備TiO2基復(fù)合納米線陣列來(lái)提高其電化學(xué)性能。其一，采用協(xié)同效應(yīng)，融合TiO2(良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性)和Fe2O3(高比容量)兩者的優(yōu)點(diǎn)，制備TiO2@Fe2O3兩層復(fù)合結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該復(fù)合結(jié)構(gòu)比表面積

4、大，既能為鋰離子的嵌入/脫嵌提供更多的電化學(xué)活性點(diǎn)，也能縮短鋰離子和電子的傳輸路徑。在電流密度為100mA/g下表現(xiàn)出高達(dá)～800mAh/g的可逆容量以及循環(huán)50周后其容量保持率為88％。其二，TiO2@C@Fe3O4三層復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)旨在結(jié)合TiO2(良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性)、C（高導(dǎo)電性）和Fe3O4(高比容量)三者的優(yōu)點(diǎn)。加入碳層的復(fù)合納米線陣列表現(xiàn)出很好的倍率性能，即使在1600μA/cm2的大電流密度下仍釋放270μAh/cm2的容