二氧化鈦及錫、鋰摻雜納米管的制備及其電化學性能研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、鋰離子電池是九十年代后投入市場的新一代綠色環(huán)保電池,它因為工作電壓高、自放電率低、體積小、重量輕、無記憶效應、安全無污染等獨特的性能被廣泛應用移動電話、微型相機、掌上電腦、筆記本電腦等領域,而制約鋰離子電池整體性能的關鍵因素之一是負極材料。 最早商品化的鋰離子電池所采用的負極材料幾乎都是碳材料,但由于碳材料在第一次充放電時,會在碳表面形成一層SEI膜即鈍化膜,造成部分不可逆容量損失;而且碳的電極電位與鋰的電位很接近,充電時金屬鋰

2、可能在碳電極表面析出,形成枝晶而引發(fā)安全問題。而TiO<,2>納米管作為鋰離子電池負極材料時不存在上述問題,并且材料在充放電過程中由于結構變化小、極化程度低等優(yōu)點,而具有很好的循環(huán)性能、可逆性和安全性能。TiO<,2>納米管相對金屬鋰的電極電位較低,可以與高電位的正極材料如LiCoO<,2>、LiO<,2>、LiMnO<,2>組成約2.0-2.5 V的電池,因而引起一些科研工作者的興趣。 本論文對二氧化鈦納米管的制備方法及其摻雜

3、改性做了闡述,并對其在鋰離子電池中的應用做了深入細致的研究。主要內容如下: 1.采用水熱合成法制備出銳鈦礦相TiO<,2>納米管,對其最佳合成溫度、最佳合成時間以及熱處理溫度對TiO<,2>納米管的形貌、相轉變等方面的影響作了細致的研究。測試表明反應溫度在110~130℃、24h時,TiO<,2>納米管具有較好的形貌。熱處理溫度處理表明在500℃以下管狀結構基本保持不變,晶型結構沒有發(fā)生變化。 2.將TiO<,2>納米管

4、制做成電極片,組裝成模擬電池并測試其電化學性能。測試表明銳鈦礦相TiO<,2>納米管電極材料具有較大的比容量發(fā)揮,首次放電容量達到了339 mAh/g,穩(wěn)定后的充放電容量維持在175 mAh/g,比TiO<,2>微米晶、TiO<,2>納米晶的嵌鋰容量大許多,CV曲線表明該電極具有較好的可逆性能,為準可逆反應。 3.采用溶膠-凝膠-水熱法分別制備出摻雜鋰和錫(摻雜濃度為5﹪)的TiO<,2>納米管,對其做了表征并測試其電化學性能。

5、研究發(fā)現,兩種離子的摻入并未改變二氧化鈦結構,仍為銳鈦礦相。電化學測試表明:兩種離子的摻入都增加了嵌鋰容量,摻雜后的TiO<,2>納米管普遍比未摻雜TiO<,2>納米管的比容量發(fā)揮要大,超過了200mAh/g,提高了材料的電化學穩(wěn)定性,改善了電極的循環(huán)壽命。這其中的原因:第一,TiO<,2>是一種半導體,摻雜后由于降低了TiO<,2>中Ti<'4+>的含量,從而使材料的導電性增強;第二,摻雜后的TiO<,2>納米管長度普遍減小,這使得電

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