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锂离子电池是九十年代后投入市场的新一代绿色环保电池,它因为工作电压高、自放电率低、体积小、重量轻、无记忆效应、安全无污染等独特的性能被广泛应用移动电话、微型相机、掌上电脑、笔记本电脑等领域,而制约锂离子电池整体性能的关键因素之一是负极材料。最早商品化的锂离子电池所采用的负极材料几乎都是碳材料,但由于碳材料在第一次充放电时,会在碳表面形成一层SEI膜即钝化膜,造成部分不可逆容量损失;而且碳的电极电位与锂的电位很接近,充电时金属锂可能在碳电极表面析出,形成枝晶而引发安全问题。而TiO2纳米管作为锂离子电池负极材料时不存在上述问题,并且材料在充放电过程中由于结构变化小、极化程度低等优点,而具有很好的循环性能、可逆性和安全性能。TiO2纳米管相对金属锂的电极电位较低,可以与高电位的正极材料如LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2组成约2.0-2.5 V的电池,因而引起一些科研工作者的兴趣。本论文对二氧化钛纳米管的制备方法及其掺杂改性做了阐述,并对其在锂离子电池中的应用做了深入细致的研究。主要内容如下:1.采用水热合成法制备出锐钛矿相TiO2纳米管,对其最佳合成温度、最佳合成时间以及热处理温度对TiO2纳米管的形貌、相转变等方面的影响作了细致的研究。测试表明反应温度在110～130℃、24h时,TiO2纳米管具有较好的形貌。热处理温度处理表明在500℃以下管状结构基本保持不变,晶型结构没有发生变化。2.将TiO2纳米管制做成电极片,组装成模拟电池并测试其电化学性能。测试表明锐钛矿相TiO2纳米管电极材料具有较大的比容量发挥,首次放电容量达到了339 mAh/g,稳定后的充放电容量维持在175 mAh/g ,比TiO2微米晶、TiO2纳米晶的嵌锂容量大许多,CV曲线表明该电极具有较好的可逆性能,为准可逆反应。3.采用溶胶-凝胶-水热法分别制备出掺杂锂和锡(掺杂浓度为5%)的TiO2纳米管,对其做了表征并测试其电化学性能。研究发现,两种离子的掺入并未改变二氧化钛结构,仍为锐钛矿相。电化学测试表明:两种离子的掺入都增加了嵌锂容量,掺杂后的TiO2纳米管普遍比未掺杂TiO2纳米管的比容量发挥要大,超过了200 mAh/g,提高了材料的电化学稳定性,改善了电极的循环寿命。这其中的原因:第一,TiO2是一种半导体,掺杂后由于降低了TiO2中Ti4+的含量,从而使材料的导电性增强;第二,掺杂后的TiO2纳米管长度普遍减小,这使得电极与电解液间的接触更加充分,改善了电极与电解液的界面特性有利于缩短锂离子的传输距离;第三,掺杂后加固了晶格结构的稳定性,降低了材料在充放电过程中的体积变化,从而提高了比容量。