TiO2納米管陣列電化學(xué)嵌鋰性能的研究.pdf

1、鋰離子電池是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的能源存儲(chǔ)器件,具有電壓高、體積小、質(zhì)量輕、比容量高、無記憶效應(yīng)、無污染、自放電小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。近年來,隨著混合動(dòng)力汽車的迅速發(fā)展,具有高能量高功率密度的鋰離子電池日益顯得重要。目前所使用的以石墨化碳材料為負(fù)極的鋰離子電池在大電流充放電時(shí)具有不安全隱患以及容量衰減的缺點(diǎn),必須尋找一種可替代的新型負(fù)極材料。而二氧化鈦具有嵌鋰電位高、循環(huán)性能好、大電流下容量高的優(yōu)點(diǎn),因而是理想的安全、大功率負(fù)極材料。本

2、文采用陽(yáng)極氧化方法制備了二氧化鈦納米管陣列,并系統(tǒng)研究了納米管陣列微觀形貌與晶體結(jié)構(gòu)對(duì)其電化學(xué)性能測(cè)試的影響。首先研究了甘油體系與乙二醇體系電解液的陽(yáng)極氧化工藝參數(shù)。發(fā)現(xiàn)當(dāng)電解液為甘油與水混合液時(shí),制備的納米管陣列長(zhǎng)度為1.2μm左右;當(dāng)采用乙二醇為電解液時(shí),制備的納米管陣列長(zhǎng)度可達(dá)90μm。同時(shí)控制含水量以及氧化電壓對(duì)形貌的均一性非常關(guān)鍵。結(jié)合SEM和TEM結(jié)構(gòu)表征,研究了電解液溫度對(duì)納米管陣列管壁厚度的影響,發(fā)現(xiàn)隨著溫度的提高(由0

3、℃升為20℃),管壁逐漸變薄(由80nm變?yōu)?5nm),管長(zhǎng)從18μm增加到90μm左右。其次研究鋯摻雜對(duì)納米管陣列形貌、相變及電化學(xué)性能的影響。將鈦鋯固溶合金薄片進(jìn)行陽(yáng)極氧化以制備得到鋯摻雜的二氧化鈦納米管陣列。研究發(fā)現(xiàn)鋯元素的摻雜可阻礙銳鈦礦相向金紅石相的轉(zhuǎn)變,并且有利于增加納米管陣列長(zhǎng)度。甘油電解液體系下制備的納米管長(zhǎng)度增加0.5μm,同時(shí)納米管表面更平滑;循環(huán)伏安測(cè)試表明鋯摻雜的二氧化鈦納米管的脫鋰電位較未摻雜二氧化鈦納米管電位

4、低,1mV/s掃速下降低0.05V。最后研究了納米管陣列對(duì)其相變、形貌對(duì)電化學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)非晶態(tài)二氧化鈦納米管在容量倍率性能方面優(yōu)于晶化的二氧化鈦納米管陣列。在充放電電流密度為1A/g時(shí),非晶態(tài)的充放電容量為220mAh/g,而銳鈦礦在該電流密度下的充放電容量為150mAh/g。當(dāng)充放電電流密度為10A/g時(shí),非晶態(tài)的充放電容量為175mAh/g,而銳鈦礦電容量衰減到60mAh/g。對(duì)比納米顆粒、管長(zhǎng)90μm納米管與導(dǎo)電碳黑混合