本文關(guān)鍵詞：氧化鈦及TB5氧化物納米管陣列制備與鋰電池負(fù)極性能研究　出處：《昆明理工大學(xué)》2014年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著化石能源的不斷消耗,以鋰離子電池為代表的新能源技術(shù)正日益受到全球矚目關(guān)注。目前對(duì)鋰離子電池研究的焦點(diǎn)集中在改善電極材料性能上,而具有優(yōu)異性能的納米材料成為了攻克這一難關(guān)的突破口。 二氧化鈦因其高的理論容量,充放電過(guò)程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和自然界含量豐富等優(yōu)點(diǎn),成為取代傳統(tǒng)石墨電極的新型鋰離子電池負(fù)極材料。然而由于二氧化鈦本身的原因,使得其放電容量只能達(dá)到理論容量的一半,嚴(yán)重制約了二氧化鈦的實(shí)際應(yīng)用。電化學(xué)陽(yáng)極氧化法是一種方法簡(jiǎn)單、操作方便的制備一維納米材料的方法,廣泛應(yīng)用于二氧化鈦納米管陣列的制備。由陽(yáng)極氧化法所制備的二氧化鈦納米管陣列排列均勻整齊,在鋰電池應(yīng)用中具有非常大的潛在優(yōu)勢(shì)。 本實(shí)驗(yàn)以純鈦為陽(yáng)極,采用電化學(xué)陽(yáng)極氧化法制備二氧化鈦納米管陣列。經(jīng)過(guò)600℃熱處理得到銳鈦礦和金紅石混合相結(jié)構(gòu),兩相之比為5.11。將此材料組裝鋰離子電池,電池充放電結(jié)果表明,在0.1C (1C=335mA/g)電流密度下,銳鈦礦和金紅石混合相結(jié)構(gòu)首次充放電容量為230mAh/g和210mAh/g,而純銳鈦礦二氧化鈦納米管陣列只有185mAh/g和173mAh/g,銳鈦礦和金紅石混合相結(jié)構(gòu)具有更高的充放電容量。100次循環(huán)測(cè)試之后,混合相還能夠保留180mAh/g的充放電比容量。倍率測(cè)試性能表明混合相在經(jīng)歷大電流密度沖擊后回到初始放電密度還能夠保留初始容量的80%。循環(huán)伏安測(cè)試表明混合相電極具有兩種嵌鋰動(dòng)力學(xué)機(jī)制,而電化學(xué)阻抗測(cè)試說(shuō)明混合相的阻抗比純銳鈦礦的阻抗要大。通過(guò)以上電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明,銳鈦礦和金紅石混合相結(jié)構(gòu)具有更佳優(yōu)異的電化學(xué)性能,這是由納米金紅石二氧化鈦本身的性質(zhì)、晶體缺陷對(duì)鋰離子的傳遞起促進(jìn)作用與缺陷對(duì)電子傳遞的阻礙作用三個(gè)方面綜合的結(jié)果。 本實(shí)驗(yàn)還采用了TB5(Ti-15V-3Al-3Sn-3Cr)合金做陽(yáng)極,氧化得到了形貌不均勻,表面成分復(fù)雜的氧化層。XPS測(cè)試表明合金元素V和Sn在氧化過(guò)程中和Ti一起被氧化形成了氧化物V2O5和SnO2。將陽(yáng)極氧化的合金作為電極材料進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試,結(jié)果表明電極表面存在不止一種鋰存儲(chǔ)動(dòng)力學(xué)機(jī)制。電池充放電測(cè)試在電流密度5μA/cm2下開(kāi)展,結(jié)果表明陽(yáng)極氧化的合金的首次充放電比容量為5.5μAh/cm2,是陽(yáng)極氧化純鈦所釋放的比容量的十分之一(55μAh/cm2)。電化學(xué)阻抗測(cè)試表明,陽(yáng)極氧化的合金的阻抗是陽(yáng)極氧化純鈦的十倍。此外,V2O5與SnO2同在一個(gè)電極體系,使整個(gè)電極材料的充放電性能非常不穩(wěn)定,100次循環(huán)性能測(cè)試和庫(kù)倫效率表明電極材料具有正極材料的特點(diǎn)。因此,雖然合金材料具有多種鋰離子存儲(chǔ)動(dòng)力學(xué)機(jī)制,但是元素的搭配和阻抗的原因使得它難以充當(dāng)理想的鋰電池電極材料。盡管如此,按照元素的鋰電池特性設(shè)計(jì)鈦合金進(jìn)行陽(yáng)極氧化仍然是一種改善二氧化鈦的理想工藝。
[Abstract]:With the constant consumption of fossil energy, the new energy technology represented by lithium ion battery is attracting more and more attention around the world. At present, the focus of research on lithium ion battery is to improve the performance of electrode material. And the nanometer material with excellent performance has become the breakthrough to overcome this difficulty. Titanium dioxide has the advantages of high theoretical capacity, structural stability and rich natural content during charge-discharge process. It has become a new cathode material of lithium ion battery instead of traditional graphite electrode. However, because of the reason of titanium dioxide itself, its discharge capacity can only reach half of the theoretical capacity. Electrochemical anodization is a simple and convenient method for preparing one-dimensional nano-materials. Titanium dioxide nanotube arrays prepared by anodizing method are widely used in the preparation of titanium dioxide nanotube arrays, which have great potential advantages in lithium battery applications. Titanium dioxide nanotube arrays were prepared by electrochemical anodization with pure titanium as anode. The mixed phase structure of anatase and rutile was obtained by heat treatment at 600 鈩，

本文編號(hào)：1421617