锂离子电池二氧化钛负极材料的制备及性能研究

• 作 者: 易金
• 机 构: 华南师范大学
• 出 处: 华南师范大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 锂离子电池 二氧化钛 负极材料 水热法制备 电化学性能

随着能源危机的加剧,储能电池越来越受到关注。因具有高工作电压、高能量密度、无记忆效应、自放电低等优点,锂离子电池有望成为未来电动汽车的主要动力电源及太阳能与风能的储能装置。二氧化钛作为一种“零应变”材料,充放电过程中结构几乎不发生变化,具有高安全性、循环性能稳定等优点,同时钛资源丰富、价格低廉。这些优点使其成为锂离子电池极具发展前景的电极材料。然而,二氧化钛材料导电能力偏低,导致其在倍率性能较差,限制了其作为高倍率负极材料在锂离子电池中的应用。　　
针对二氧化钛材料作为锂离子电池负极材料倍率性能差的问题,本论文:(1)用双模板法制备出多孔二氧化钛；(2)结合模板法和水热法制备蒲公英状二氧化钛微球；(3)用钛片诱导水热法制备二氧化钛纳米簇等新型材料。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)和氮气吸附/脱附实验及恒电流充放电等表征方法对制备材料形貌、结构和作为锂离子电池负极材料的电化学性能进行表征,得到如下结果:　　
1)以聚苯乙烯和三嵌段共聚物(P123)为双模板,合成出多孔二氧化钛。表征结果表明:该多孔二氧化钛由锐钛矿晶型组成,具有三孔结构特征多孔阵列形貌。多孔结构有利于提高锂离子的迁移速率,使其具有良好的倍率性能和循环稳定性。恒电流充放电性能测试表明,当电流密度为8.4和336mA/g,其放电容量为210.9和108mAh/g,与商业化的P25样品相比,具有良好的倍率容量和循环稳定性。　　
2)以二氧化锡为模板,水热法合成出蒲公英状二氧化钛微球。表征结果表明:该二氧化钛微球由大量单晶结构的金红石纳米棒组成。恒电流充放电性能测试表明,当恒电流充放电的电流密度为7.1和132.5mA/g时,其放电容量为390和158mAh/g,表现出良好的倍率性和循环性能,这可能是由于单晶结构有利于提高电子的导电能力,而大的表面积又有利于增加材料与电解液的接触,使其电化学性能得到提高。　　
3)用钛片诱导,水热法合成出高度定向生长的TiO2纳米簇,在TiO2的形成和生长过程中钛片起到了引发核及钛源的作用。研究发现合成的TiO2样品为由单晶结构组成的高度定向生长的TiO2纳米簇,并具有良好的循环稳定性和可逆倍率容量。在电流密度为6.8.33.6和84mA/g下,TiO2纳米簇在0.01到2.5V的储锂容量分别为260,230和169mAh/g,20周循环后不出现大的容量损失,并对TiO2纳米簇的生长及储锂机理进行了讨论。