石墨烯二氧化钛复合物作为锂离子电池负极材料的数值模拟

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1、９３单位代码１０１１０：分类号：Ｘ学号：Ｓ１４０４０６４ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔＯｆＣ中北大学ｙ硕士学位论文石墨烯／二氧化钛复合物ｒ作为锂离子电池负极材料的数值模拟硕士研究生田野指导教师王保民学科专业安全科学与工程＿＿：ｗ原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人

2、承担。、五里，论文作者签名：Ｗ０：ｆ日期：７押关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）＾／旧签名：Ｗ罗日期：如７ｆ年叫？：日期：＾Ｉ导师签名图书分类号X93密级非密________

3、注1UDC________________________________________________________________硕士学位论文石墨烯/二氧化钛复合物作为锂离子电池负极材料的数值模拟指导教师（姓名、职称）王保民副教授啊申请学位级别工学硕士啊专业名称安全科学与工程论文提交日期2017年6月1日论文答辩日期2017年5月24日学位授予日期2017年7月1日论文评阅人李红晋卫芝贤答辩委员会主席常志光2017年6月1日石墨烯/二氧化钛复合物作为锂离子电池负极材料的数值模拟摘要随着科学技术的发展，世界各国对新型能源的开发和研究日益强

4、烈。目前商业化的锂离子电池负极材料石墨理论容量偏低、循环稳定性差，在高倍率和过充情况下易造成电池短路而发生爆炸，存在较大的安全隐患。因此开发设计高性能锂离子电池负极材料至关重要。本文采用密度泛函理论方法对石墨烯与金红石型二氧化钛复合物作为锂离子电池负极材料进行了以下研究工作：通过故障树分析法定性分析锂离子电池起火原因，提出控制此类事故的预防途径。运用MS软件构建出石墨烯与金红石型TiO2（110）、（100）面的复合模型，在此基础上计算两种复合体系的几何结构和电子结构，并画出TiO2块体与两种复合体系的态密度图，分析可知，石墨烯与金红石型TiO

5、2复合后呈现出金属性，电子非局域化性和导电性能较TiO2有所提高；石墨烯与TiO2（100）表面的结合是相对稳定的。计算研究了单个锂原子在石墨烯与TiO2复合模型中的吸附。具体模拟了单个锂原子在两种复合体系中的稳定嵌锂模型、平均嵌锂电压和态密度，计算得出锂原子在氧间隙位的吸附相对较稳定，与石墨相比平均嵌锂电压较高，嵌锂后作为锂离子电池负极材料更加安全；相比TiO2的平均嵌锂电压，石墨烯与TiO2（110）面结合后有所增加，而与TiO2（100）面复合后变化很小，说明石墨烯与前者复合后材料性能得到明显改善，而与后者复合的协同效应甚微。分析态密度图

6、得出复合物嵌锂后较本体TiO2导电性增强。对多个锂原子在石墨烯与TiO2复合结构的嵌锂性能进行了模拟分析。计算比较了复合结构在不同锂浓度下的总能量和平均嵌锂电压。计算结果表明，锂原子的平均嵌入电压在单锂和多锂条件下比较稳定，而且呈阶梯状，有效的提升了锂离子电池的安全性能和电化学性能。这些性质说明石墨烯/TiO2复合材料作为锂离子电池负极材料具有很好的应用前景。关键词：石墨烯/TiO2复合物，锂离子电池，负极材料，密度泛函理论NumericalsimulationonGraphene/TiO2CompositeasAnodeMaterialfor

7、LithiumIronBatteryAbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,thedevelopmentandresearchofnewenergyisbecomingmoreandmoreintense.Atpresent,thetheoreticalcapacityoftheanodematerialofthelithiumionbatteryislowandthecyclestabilityispoor,anditiseasytocausetheshortcircuitoftheb

8、atterytoexplodeinthecaseofhighmagnificationandovercharge.Therefore,itisvery