二氧化钛基自支撑电极的合成及其储能应用
发布时间：2021-09-02 03:29
锂离子电池因为工作电压高、循环寿命长、能量密度大、自放电小、无记忆效应等突出优点几乎涉及各个领域,尤其是移动消费类电子产品。负极作为锂离子电池重要的一部分,直接决定了锂离子电池的性能。传统的锂离子电池负极制备工艺复杂,耗时长,活性物质只占电极的60-90%,且粘结剂阻碍了锂离子扩散通道,进而影响电化学性能。二氧化钛（TiO2）廉价,稳定,安全,嵌入和脱出锂离子体积变化小,被认为是具有极大发展前景的无添加剂负极材料。因此,本论文旨在钛箔上原位生长多孔TiO2涂层,直接用作锂离子电池负极,并对其进行表面改性,缩短离子扩散路径,增加反应位点,进而提升储锂性能。首先,通过微弧氧化反应,在钛箔上原位生长多孔TiO2涂层（1μm）,丰富的孔结构有利于电解液的扩散,加速锂离子扩散到电极表面。此外,通过复合碳基导电材料,伴随着垂直生长在表面的纳米片,形成多孔分级结构,缩短离子传输路径,极大地降低了电化学阻抗。储锂性能容量提升了3倍,达到600 mAh cm-3,接近的理论体积比容量638 mA...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池结构示意图[25]
电子科技大学硕士学位论文4图1-2锂离子充放电原理图[26]1.2.3锂离子电池负极材料迄今为止，锂离子电池负极材料已经发展了数代，人们一直在探索和寻找优良的负极材料。一般来说，目前主要研究的锂离子负极材料有如下几种：锂金属，新型锂合金，碳材料，氮化物，过渡金属氧化物，纳米氧化物及其他材料[27-31]。选择锂离子电池负极材料时，需要满足以下要求：1.活性材料资源丰富，价格便宜，环境友好，对人体无毒无害；2.锂离子在活性材料中的扩散良好，便于进行大倍率充放电；3.具有平稳的充放电平台，即随着嵌锂系数的变化，氧化还原电位基本无变化，如此，电池可以平稳的进行充放电；4.具有优良的表面结构，可以和有机电解液形成薄膜，即形成稳定的固态电解质薄膜(SEI)；5.合适嵌入锂离子的电压区间，化学性质稳定，在形成完整的SEI膜后，不与其和电解质发生副反应；6.具有优良的电子电导和离子电导，减小极化，便于进行大电流充放电；
第一章绪论7图1-3三种类型的碳包覆的Si纳米粒子在锂嵌入和脱出过程的情况[48]3．二氧化钛目前研究的大多数负极活性材料的化学势(μA)都高于电解液的最低未占态轨道，因此会和电解液接触并发生还原反应，形成导电性极差钝化膜[49]。此过程不仅消耗了电解液，还会引起锂在负极表面的沉积，最终导致库伦效率的下降和安全隐患的产生。钛基负极材料就不具有这种缺点，具有较高的嵌锂电位。而且其储量丰富，价格低廉，稳定性优异，安全受到了电池界的青睐[50]。TiO2的晶体结构决定了它可以接受外来离子的电子，并为外来离子提供空间，例如Li+，H+，Na+等。TiO2的晶型主要有金红石，锐钛矿，板钛矿和TiO2(B)。如图1-4所示，最常见的晶体为TiO6的八面体结构，其中Ti原子位于八面体中心，O原子位于八面体的六个顶点。就金红石相的TiO2而言，两个晶胞点点相连，属四方晶系，简单四方点阵，空间群为P4/mmm，金红石相是最为稳定的TiO2晶型结构，于自然界中存在最为广泛。锐钛矿型的TiO2，其基本结构单元与金红石相的TiO2一致，但是基本结构单元是通过共边相连，同样属于四方晶系。较金红石相的TiO2，锐钛矿相的TiO2较为不稳定，容易在800-900℃下转变为金红石相的TiO2。板钛矿相的属于斜方晶系，在板钛矿晶体结构中，O形成歪曲的四层最紧密堆积，层平行(100)晶面，Ti在八面体空隙中，每个[TiO6]八面体有三个棱角同周围三个TiO6八面体共用，这些共
本文编号：3378217
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池结构示意图[25]
电子科技大学硕士学位论文4图1-2锂离子充放电原理图[26]1.2.3锂离子电池负极材料迄今为止，锂离子电池负极材料已经发展了数代，人们一直在探索和寻找优良的负极材料。一般来说，目前主要研究的锂离子负极材料有如下几种：锂金属，新型锂合金，碳材料，氮化物，过渡金属氧化物，纳米氧化物及其他材料[27-31]。选择锂离子电池负极材料时，需要满足以下要求：1.活性材料资源丰富，价格便宜，环境友好，对人体无毒无害；2.锂离子在活性材料中的扩散良好，便于进行大倍率充放电；3.具有平稳的充放电平台，即随着嵌锂系数的变化，氧化还原电位基本无变化，如此，电池可以平稳的进行充放电；4.具有优良的表面结构，可以和有机电解液形成薄膜，即形成稳定的固态电解质薄膜(SEI)；5.合适嵌入锂离子的电压区间，化学性质稳定，在形成完整的SEI膜后，不与其和电解质发生副反应；6.具有优良的电子电导和离子电导，减小极化，便于进行大电流充放电；
第一章绪论7图1-3三种类型的碳包覆的Si纳米粒子在锂嵌入和脱出过程的情况[48]3．二氧化钛目前研究的大多数负极活性材料的化学势(μA)都高于电解液的最低未占态轨道，因此会和电解液接触并发生还原反应，形成导电性极差钝化膜[49]。此过程不仅消耗了电解液，还会引起锂在负极表面的沉积，最终导致库伦效率的下降和安全隐患的产生。钛基负极材料就不具有这种缺点，具有较高的嵌锂电位。而且其储量丰富，价格低廉，稳定性优异，安全受到了电池界的青睐[50]。TiO2的晶体结构决定了它可以接受外来离子的电子，并为外来离子提供空间，例如Li+，H+，Na+等。TiO2的晶型主要有金红石，锐钛矿，板钛矿和TiO2(B)。如图1-4所示，最常见的晶体为TiO6的八面体结构，其中Ti原子位于八面体中心，O原子位于八面体的六个顶点。就金红石相的TiO2而言，两个晶胞点点相连，属四方晶系，简单四方点阵，空间群为P4/mmm，金红石相是最为稳定的TiO2晶型结构，于自然界中存在最为广泛。锐钛矿型的TiO2，其基本结构单元与金红石相的TiO2一致，但是基本结构单元是通过共边相连，同样属于四方晶系。较金红石相的TiO2，锐钛矿相的TiO2较为不稳定，容易在800-900℃下转变为金红石相的TiO2。板钛矿相的属于斜方晶系，在板钛矿晶体结构中，O形成歪曲的四层最紧密堆积，层平行(100)晶面，Ti在八面体空隙中，每个[TiO6]八面体有三个棱角同周围三个TiO6八面体共用，这些共
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