论文部分内容阅读
二氧化钛（TiO2）因具有成本低、环境友好、结构稳定及安全性高等特点,被视为有前景的下一代锂离子电池负极材料。但是,TiO2为半导体材料,导电性较差、离子传输能力较弱。因而在作为负极材料时,倍率性能较差,从而限制其实际应用。通过与高导电能力的材料复合、杂原子掺杂、纳米化处理等措施可以提升TiO2的电化学性能。基于此,本论文通过原位热解单分子前驱体制备出不同晶型的一维多孔二氧化钛（1-D TiO2）以及氮掺杂碳复合的纳米TiO2（TiO2-NPs/NC）负极材料,并对其电化学性能进行了探究分析,期望得到性能优异的二氧化钛基负极材料。本论文的主要研究内容可概括如下:1)探究了锐钛矿、锐钛矿/金红石、锐钛矿/TiO2-B三种不同晶型的二氧化钛基负极材料的制备、电化学性能及储锂机制;2)探究了不同热解温度条件下制备的TiO2-NPs/NC复合材料的电化学性能;3)探究并分析了TiO2-NPs/NC复合材料的储锂机制、动力学特征及充放电性能。通过实验探究,可得出如下结果/结论:1)利用热解单分子前驱体可以可控并高效地制备出不同晶型和组成的二氧化钛基负极材料。2)对比锐钛矿、锐钛矿/金红石、锐钛矿/TiO2-B三种不同晶型的二氧化钛基负极材料的电化学性能,发现锐钛矿/TiO2-B材料具有最好的电化学性能。3)分析不同煅烧温度制备的TiO2-NPs/NC复合材料的电化学性能,发现单分子前驱体热解法制备TiO2-NPs/NC复合材料的最佳煅烧温度为550℃。4)分析TiO2-NPs/NC复合材料的储锂机制和动力学特征,表明TiO2-NPs/NC复合材料储锂过程由电容和法拉第机制共同完成,超细二氧化钛负极材料具有较大的锂离子扩散系数(DLi+)。5)分析TiO2-NPs/NC复合材料的的电化学性能,发现较小比表面积的TiO2-NPs/NC复合材料也可以表现出较好的倍率性能、循环稳定性及高的比容量。即:在0.3、1.0、2.0、4.0和6.0 A g-1电流密度下,材料的比容量分别达到360、270、220、160和125 mAh g-1。在4.0和6.0 A g-1高电流密度下循环完1000圈后,容量保持率分别为93.3%和94.0%。分析得出,基于超细纳米粒子可缩短离子迁移路径、提高抗内部应力的能力和减少团聚现象以及氮掺杂碳基质提高材料导电性的协同作用,TiO2-NPs/NC复合材料具有较好的电化学性能。