钛氧化物纳米复合材料的制备及其电化学性能研究

发布时间：2017-04-26 04:03

  本文关键词：钛氧化物纳米复合材料的制备及其电化学性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：能源消耗的严重与环境的恶化已经受到广泛的关注,因此需要开发新型的清洁能源以便解决两大难题。锂离子电池因为具有能量密度高和循环性能好等特点而被广泛的应用于手机、笔记本电脑、数码相机等便携式电子设备。为能够使锂离子电池广泛地应用于电动汽车和大型能量存储和转换装置,还需要完善锂离子电池的各项性能尤其是高倍率性能和安全性还有长循环性能。钛氧化物由于有良好的循环稳定性和安全性成为最有潜力的锂离子电池负极材料。然而,钛氧化物本身的导电性严重地限制其在高倍率的应用。为了解决钛氧化物导电性差的缺点,本论文通过制备铌掺杂Li_4Ti_5O_(12)-TiO_2核壳微球、Li_4Ti_5O_(12)/石墨烯纳米复合材料以及铌掺杂TiO_2(B)纳米结构用于改善钛氧化物的整体导电性,实验结果表明,制备的材料在容量、倍率和循环稳定上都有一定的改善。主要结果如下:(1)铌掺杂Li_4Ti_5O_(12)-TiO_2核壳微球:用简单的水热法合成Li1.81H0.19Ti2O5×2H2O前驱体,将前驱体煅烧得到铌掺杂Li_4Ti_5O_(12)-TiO_2核壳微球。微球尺寸大小在1μm左右,微球表面纳米片的厚度和宽度分别为10~20 nm和30~40 nm。铌掺杂Li_4Ti_5O_(12)-TiO_2核壳微球作为作为电极材料表现出良好的高倍率性能和循环性能,在0.5 C时电极的放电比容量为176.9 mAh g-1,在20 C时电极的比容量为141 mAh g-1,在2C的条件下经过100次循环后其容量滞留率为87.8%。其电化学性能的改善归功于掺杂铌元素能够增加载流子数量从而提高材料的电子导电率。(2)Li_4Ti_5O_(12)/石墨烯纳米复合材料:以溶胶凝胶法合成的无定型二氧化钛,氢氧化锂和氧化石墨为反应物经过水热和煅烧过程得到Li_4Ti_5O_(12)/石墨烯纳米复合材料。Li_4Ti_5O_(12)/石墨烯纳米复合材料作为锂离子电池材料其表现过出良好的倍率性能,在电流倍率0.2 C时,其容量为194.9 mAh g-1,在电流倍率为10 C时,其容量是68.4 mAh g-1,是钛酸锂微球的1.7倍。其电化学性能的提高归功于石墨烯具有良好的导电性,有利于电子的传输,最终提高材料的高倍率性能。(3)铌掺杂TiO_2(B)纳米结构:用溶剂热法和低温煅烧制备铌掺杂TiO_2(B)纳米结构.纳米片的厚度为几纳米。其作为电池材料表现良好的倍率性能,0.2 C和1 C的容量分别为315 mAh g-1和129.9 mAh g-1。其电化学性能的改善是由于纳米结构极大地提高其表面积,从而利于与电解液的接触,掺杂铌元素能够增加载流子数量从而提高材料的电子导电率。
【关键词】：钛氧化物 纳米结构 高倍率性能 负极材料 锂离子电池
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912;TB33
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-29
• 1.1 前言10-11
• 1.2 锂离子电池简介11-15
• 1.2.1 锂离子电池的发展概况11-12
• 1.2.2 锂离子电池的结构与工作原理12-14
• 1.2.3 锂离子电池的特点14-15
• 1.3 锂离子电池负极材料15-19
• 1.3.1 碳负极材料15-17
• 1.3.2 合金负极材料17
• 1.3.3 硅基负极材料17-18
• 1.3.4 锡基负极材料18
• 1.3.5 过渡金属氧化物负极材料18-19
• 1.4 钛氧化物负极材料19-27
• 1.4.1 钛酸锂负极材料19-20
• 1.4.2 TiO_2负极材料20-22
• 1.4.3 钛氧化物负极材料的制备方法22-24
• 1.4.4 钛氧化物负极材料的改性24-27
• 1.5 本论文选题意义及研究内容27-29
• 第二章 铌掺杂Li_4Ti_5O_(12)?TiO_2核壳微球的制备及其储锂性能研究29-41
• 2.1 引言29-30
• 2.2 实验部分30-32
• 2.2.1 实验药品30-31
• 2.2.2 实验仪器31
• 2.2.3 实验步骤31-32
• 2.2.4 电池的组装32
• 2.2.5 表征32
• 2.3 结果与讨论32-40
• 2.3.1 物理表征32-36
• 2.3.2 电化学性能表征36-40
• 2.4 本章小结40-41
• 第三章 Li_4Ti_5O_(12)/石墨烯纳米复合材料的制备及其储锂性能研究41-52
• 3.1 引言41-42
• 3.2 实验部分42-45
• 3.2.1 实验药品42-43
• 3.2.2 实验仪器43
• 3.2.3 实验步骤43-44
• 3.2.4 电池的组装44-45
• 3.2.5 表征45
• 3.3 结果与讨论45-50
• 3.3.1 物理表征45-47
• 3.3.2 电化学性能表征47-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第四章 铌掺杂TiO_2(B)纳米结构的制备及其储锂性能研究52-62
• 4.1 引言52-53
• 4.2 实验部分53-55
• 4.2.1 实验药品53-54
• 4.2.2 实验仪器54
• 4.2.3 实验步骤54
• 4.2.4 电池的组装54-55
• 4.2.5 表征55
• 4.3 结果与讨论55-60
• 4.3.1 物理表征55-58
• 4.3.2 电化学性能表征58-60
• 4.4 本章小结60-62
• 结论62-64
• 参考文献64-72
• 致谢72-74
• 攻读硕士学位期间发表论文及参与基金项目74-76

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