鋰離子電池負(fù)極材料TiO2及Li4Ti5O12的改性制備及其電化學(xué)性質(zhì).pdf

1、鋰離子電池在動(dòng)力及儲(chǔ)能等方面的應(yīng)用前景吸引了越來(lái)越多的關(guān)注。與目前已經(jīng)商業(yè)化的石墨碳負(fù)極相比,二氧化鈦(TiO2)因其高容量、價(jià)格低廉、優(yōu)越的循環(huán)性能和安全性能被廣泛的認(rèn)為是下一代高功率電池的極具應(yīng)用潛力的負(fù)極材料,但其也存在以下問(wèn)題:導(dǎo)電性差(10-12~10-7 S·cm-1);在鋰離子反復(fù)脫嵌過(guò)程中,TiO2納米顆粒容易團(tuán)聚,導(dǎo)致鋰離子在固體活性材料中擴(kuò)散速度較慢(擴(kuò)散系數(shù)10-15~10-9 cm2·s-1),鋰離子無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速

2、地嵌入脫出,導(dǎo)致其倍率性能差,極大的限制了這種材料的實(shí)際應(yīng)用?；谝陨戏治?本論文通過(guò)構(gòu)筑微納TiO2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),與高導(dǎo)電性的氮摻雜石墨復(fù)合以及一步氫化制備自身高導(dǎo)電性的TiO2與還原氧化石墨復(fù)合等方法來(lái)提高TiO2的導(dǎo)電性,從而提高它的倍率特性。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)采用納米微晶纖維素(NCC)為模版,制備了微鈉多級(jí)結(jié)構(gòu)TiO2/C復(fù)合材料。所制備得到的TiO2納米顆粒有效減小鋰離子擴(kuò)散路徑,增加電極/電解液接觸面積,再以

3、蔗糖為碳源,通過(guò)一步水熱法制備納微TiO2/C復(fù)合材料,提高材料的導(dǎo)電性,電化學(xué)測(cè)試表明,這種具備微納導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的TiO2/C復(fù)合材料在倍率性能及循環(huán)穩(wěn)定性都有明顯的提高。
　　(2)以乙二醇和氨水作為還原劑和氮源,通過(guò)一步水熱的方法制備TiO2/N-RGO復(fù)合材料。電化學(xué)測(cè)試表明TiO2/N-RGO復(fù)合材料在10 C下的初始容量為126.8 mAh·g-1,恒流充放電循環(huán)100圈后容量仍保持在118.4 mAh·g-1,僅有6

4、.62％的容量損失。優(yōu)異的電化學(xué)行為可歸因于石墨烯電子結(jié)構(gòu)的改善,提高了導(dǎo)電基底與活性物質(zhì)之間的電子傳輸。為了進(jìn)一步提高T iO2材料的本征電導(dǎo)率我們通過(guò)一步氫化法制備得到了氫化TiO2/RGO復(fù)合材料。因?yàn)闅浠腡 iO2本征電導(dǎo)率的提高,以及與石墨烯之間的良好接觸有效地縮短了Li+和電子的傳輸路徑,對(duì)比TiO2/RGO,H-TiO2/RGO表現(xiàn)了更好的倍率性能及容量保持率,1 C倍率充放電時(shí)的放電容量達(dá)225.3 mAh·g-1,1

5、00次循環(huán)后,容量保持率仍能達(dá)到93.3%。
　　(3)通過(guò)靜電紡絲并結(jié)合軟模版自助裝法制備了介孔的Li4Ti5O12/C納米纖維。相比于常規(guī)的Li4T i5O12/C納米纖維,我們制備的介孔Li4Ti5O12/C納米纖維具有更高的倍率性能和容量保持率,在5 C倍率下有127.4 mAh·g-1的可逆容量,經(jīng)100圈的充放循環(huán)后仍能保持有122.7 mAh·g-1的比容量。這種一維納米纖維有效地縮短了Li+的傳輸路徑,增強(qiáng)了活性物