三維有序大孔TiO2-氧化鐵復(fù)合負(fù)極材料的制備及性能研究.pdf

1、三維有序大孔(3DOM)材料具有孔徑大、分布均勻、孔道排列周期性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)由于其比表面積大、孔壁薄，是制備高穩(wěn)定性和高能量鋰離子電池的理想基體。膠晶模板法制備的三維有序大孔二氧化鈦(3DOM TiO2)，具有高度有序的三維大孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但是比容量不高、導(dǎo)電性差。而過(guò)渡族金屬氧化物，如α-Fe2O3、Fe3O4等具有比容量高（分別為1005 mAh g-1、926 mAh g-1）、導(dǎo)電性好、價(jià)格低廉、資源豐富、無(wú)毒及對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)

2、，但是循環(huán)性能和穩(wěn)定性不高。
　　本文提出將3DOM TiO2與氧化鐵復(fù)合的設(shè)想，以實(shí)現(xiàn)兩者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，并加入永磁CoPt涂層以吸附粉化后的氧化鐵微粒，從而提高復(fù)合電極材料的綜合性能。即采用無(wú)皂乳液聚合法制備不同粒徑的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球，再制備出高度有序的膠晶模板，采用溶膠凝膠法和水熱法制備了不同粒徑的3DOM TiO2、TiO2/CoPt復(fù)合材料、氧化鐵，同時(shí)分析了所制備材料的物相和形貌特征，并對(duì)比不同條件下材料的

3、電化學(xué)性能（循環(huán)性能和充放電性能）和磁性能。
　　在第三章中，制備了不同粒徑的PMMA微球用于合成高度有序的膠晶模板，以膠晶模版為基體、鈦酸異丙酯溶液為前驅(qū)體，成功制備了不同孔徑的3DOM TiO2。結(jié)果表明，反應(yīng)時(shí)間、溫度和引發(fā)劑均會(huì)影響PMMA微球的粒徑，通過(guò)大量試驗(yàn)，選擇出了四種配方，制備了粒徑分別為230、360、460和560nm的PMMA微球。并選擇恒溫恒濕法快速制備排列規(guī)整的PMMA膠晶模板，最佳制備條件為恒溫60℃

4、，恒濕60％。SEM顯示所制備的TiO2具有高度有序的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。結(jié)合充放電曲線和倍率曲線，發(fā)現(xiàn)粒徑為460nm的樣品電化學(xué)性能最好。
　　在第四章中，以3DOM TiO2為基底，采用溶膠凝膠法制備TiO2/CoPt復(fù)合材料，并探討了不同孔徑、不同溶液濃度和用量對(duì)材料電化學(xué)性能的影響，結(jié)果表明最適合的溶液濃度為0.4 mol/L，用量為2mL。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示，不同粒徑的3DOM TiO2/CoPt電化學(xué)性能不同，粒徑為230

5、nm的樣品，在4種粒徑的電極材料中可逆容量最高，但是由于230nm的樣品粒徑太小，不利于后續(xù)實(shí)驗(yàn)涂覆氧化鐵材料，所以最終選擇粒徑為460nm的材料作后續(xù)實(shí)驗(yàn)的基底。
　　在第五章中，采用水熱法合成了粒徑約為500nm的Fe3O4微粒，采用機(jī)械混合的方法將3DOM TiO2/CoPt復(fù)合材料Fe3O4微?；旌稀⒉捎萌苣z凝膠法制備了粒徑約為2～5nm Fe2O3微粒和3DOMTiO2/CoPt/Fe2O3復(fù)合材料，并分別測(cè)試了Fe3O

6、4和3DOM TiO2/CoPt的磁學(xué)性能及其他樣品的電化學(xué)性能。研究結(jié)果表明磁化后的3DOMTiO2/CoPt/Fe3O4混合材料經(jīng)過(guò)不同電流密度50次充放電后，再次在50mA g-1下測(cè)試時(shí)，容量保持率為42.28％，高于未經(jīng)磁化的3DOMTiO2/CoPt/Fe3O4混合負(fù)極材料的31.29％和純Fe3O4的11.37％。磁化后的3DOM TiO2/CoPt/Fe2O3復(fù)合負(fù)極材料，在電流密度為50mA g-1時(shí)，首次放電比容量高