tiolt2gt纳米结构的合成、改性及储锂性能研究

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1、北京化工大学硕士学位论文Ti02纳米结构的合成、改性及储锂性能研究摘要为了满足不断增长的应用需求，锂离子二次电池应该具备循环稳定性能好，能量密度高，功率密度高等性能。体现在负极材料方面，则要求负极材料具有高的循环容量，锂离子在电极中的迁移路程要尽可能的短，反复插入和脱插所引起的体积变化要尽可能小。负极材料的纳米化和结构功能化，认为是解决这些问题的有效方法。本文通过乙醇．水混合溶剂热和强碱溶剂热法，分别制备了氧化钛纳米颗粒和纳米管，并研究了不同温度下氧化钛纳米结构的转变规律；采用混合溶剂热法制备了无

2、定型的钛锡氧化物固溶体负极材料；通过水解还原过程制备了银、碳纳米管改性二氧化钛负极材料类，并且进一步系统研究了这些材料的电化学储锂性能。研究表明二氧化钛纳米颗粒与二氧化钛纳米管显示出不同的电化学性能，纳米颗粒电极具有比纳米管电极小的可逆容量(179删g、245InAl垤)和小的首次不可逆容量损失(316删g、983lnAll／g)。交流阻抗测试显示，锂离子在纳米颗粒相中的扩散速率比在纳米管相中大，说明纳米颗粒结构的扩散路程更短。300度煅烧时，二氧化钛纳米管状结构逐渐坍塌收缩，管径变小；500度保

3、温时，管状结构慢慢转变为锐钛型纳米氧化钛颗粒和短棒。电化学测试显示这些化合物电极都具有很好的循环性能。其中Ti02．NTs500电极的首次库仑效率和30次循环后容量均为最高，分别为41．2％和115删g，而且锂离子在其中的迁移也最容易，表明二氧化钛纳米管随着热处理温度的升高，结构由管状向小颗粒状转变，电化学储锂性能结合了纳米管高的可逆容量和纳米颗粒高的扩散速率的优点。通过水解和还原过程制备了Ag．Ti02／CNTs材料。电化学性能测试显示：30次循环后Ag．Ti02／CNTs电极显示172m触垤的

4、高可逆容量和好的循环性能，高于相应的Ti02、CNTs和Ti02／CNrs的性能。银的添加不仅增加了电极的导电性，而且动力学参数表明，与未加Ag的电极相比，锂离子更易于在Ti02结构中迁移扩散。按照设计既具有良好循环稳定性能，又拥有高的容量的锂离子电池负极材料思路，采用乙醇．水混合溶剂热法制备了无定型纳米Ti02·Sn02固溶体颗粒，电化学性能测试显示纳米Ti02·Sn02电极显示出比单一Ti02和Sn02电极更好的电化学性能：首次放电容量为653m舢／g，经过30次循环后容量保持在490mAb／

5、g，平均每次循环效率损失仅为O．83％，交流阻抗谱测试结果表明锂离子在Ti02·Sn02固溶体体相结构中的迁移扩散速率要高于在Ti02和Sn02中的迁移扩散速率。Ti02·Sn02固溶体材料综合了Ti02负极材料的良好循环性能和Sn02负极材料的高容量特性，有可能成为下一代性能优越的锂离子电池负极材料。关键词：锂离子电池，负极材料，二氧化钛，二氧化锡，碳纳米管II北京化工大学硕士学位论文SYNTHESIS，MoDIFICATIoNANDELECTRoCHEMICALPERFoRM随NCEoFTlT

6、ANIANANoSTRUCTURESABSTRACTInordertomeetthe印plicationrequirements，lithium—ionseconda巧ba仕e哆shouldhaVesuperiorcyclingstabili劬hi曲powerdens埘andenergydensi够Asananodematerial，itwasdemandedthatduringthecyClingcourse，lithium-ionshouldhaveshortertransferroutein

7、theelectrodeandtheVolumechangeoftheanodematerialshouldbeassmallaspossibleduringmelithiumioninsenionandextmctionprocesses．Theanodematerialwithnanosizedandpeculiarstmctu托wasconsideredasanappropriatecandidate．Inthispaper，di恐rentkindsofnanostructuraltitan

8、iumoxidesincludingnanoparticlesandnanotubeswerepreparedViames01Vothe衄a1method．Agandcarbonnanotl小esmodifiedTi02nanoparticlesandTi02-Sn02nano-sOlidsolutionweI．ealsopr印ared．Theelectl-ochemicalpropeniesofthesematerialsasanodematerialsforlithium—io