商业二氧化钛负极材料电化学性能的优化

发布时间：2020-06-26 22:49

【摘要】：锂离子电池技术的不断发展推动了其在社会生产生活中的普遍应用。近年来,新能源汽车的高速发展进一步体现了锂离子电池的优越性。大型动力设备对负极材料的要求也越来越高,往往需要其具有较高的功率密度和能量密度。二氧化钛(TiO2)是重要的候选材料之一。然而,商业TiO2(c-TiO2)中存在许多杂质,电化学性能较差,限制了其实际应用。为使价格低廉的c-TiO2能够应用于锂离子电池中,探究其电化学性能差的内在原因,并通过适当的措施改善其电化学性能,具有重要的应用价值。由此,我们进行了如下的研究工作:(1)使用葡萄糖作为碳源在600和750 ℃制备了碳包覆的c-TiO2纳米颗粒。750 ℃下合成的碳包覆c-TiO2样品在电流密度为100 mA/g时,充放电100次后仍具有较高的可逆容量(270.1 mAh/g),与碳包覆的纯TiO2性能相当。根据各种表征测试分析,电化学性能的显著提高归因于750 ℃时SO42-的彻底分解以及碳包覆层提高了电子电导率和离子电导率。这一简单的制备方法和良好的电化学性能促进了 TiO2作为负极材料在高功率锂离子电池中的应用。(2)采用煤焦油沥青作为碳源在750 ℃保温5 h合成了软碳包覆的商业二氧化钛纳米颗粒。与未包覆的二氧化钛相比,经过软碳包覆的样品表现出更高的电化学性能。软碳包覆的Ti02材料获得了引人注目的倍率性能,当电流密度分别是100,200,400,800,1600 mA/g时,样品电池在各个电流密度下循环十次后的可逆容量依次为 323.6,274.4,247.8,209.1,146.6 mAh/g。在 500 mA/g的高电流密度下循环1000次后的可逆容量仍高达140.2 mAh/g。测试结果表明,碳包覆的样品电化学性能显著提高,这一方面是由于高石墨化程度的软碳增强了电子电导率和离子电导率,另一方面是锂离子界面存储机制的存在。(3)以沥青作为碳源在900 ℃C制备了碳包覆c-TiO2并引入适量的Ti9O17。Ti9O17是在c-TiO2碳包覆过程中同步形成的。Ti9O17的含量可以通过调整沥青的含量得以控制。其中沥青与商业二氧化钛质量比为0.12的产物显示出最佳的循环稳定性,在500 mA/g电流密度下,循环800次后的可逆容量为155.8 mAh/g。结合对比实验和系统的组织结构表征,适量的Ti9O17和碳包覆层提升了 c-TiO2的电子电导率和离子电导率,从而提高了 c-TiO2负极材料的循环稳定性。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ134.11;TM912
【图文】：

ＧＰＥｓ中加入无机填料以提高其机械强度、传输性能和电化学性能。逡逑１．２．３锂离子电池的工作原理逡逑图１．１展示的是当前领先电池市场的锂离子电池基本系统。电池由两个电逡逑极组成，即正极ＬｉＣｏ０２和负极石墨Ｃ，由电解液隔开。两个固体电极被由电解逡逑液渗透的隔膜分开。隔膜一方面在正负极之间传导化学反应的离子成分，另一逡逑方面阻止电子通过，从而迫使电子穿过它工作的外部电路。逡逑？邋＾邋＜ｅ；邋？逡逑ｃｕ逦＊逦、Ａ１逡逑Ｉsh＃丨丨°邋ｍ逡逑叄冲危殄危殄危硴"ｆ逡逑n佩澹冲危哄危椋″

本文编号：2731001