本文選題：二氧化鈦 + 鈦酸納米管�。� 參考：《河南大學》2015年碩士論文

【摘要】：二氧化鈦由于其資源豐富、環(huán)境友好、價格低廉,并且在嵌脫鋰過程中結構穩(wěn)定,避免鋰沉積形成鋰枝晶以及有機電解液的分解,提高了電池的安全性能,因而作為鋰離子電池負極材料時得到人們的廣泛關注。然而,二氧化鈦低的電子導電率和離子電導率,使得電池的初始容量低以及倍率性能差,嚴重限制了其在動力汽車以及混合動力型汽車中的應用。人們已經嘗試各種方法提高二氧化鈦的倍率性能,包括(i)納米結構化,縮短離子和電子的傳輸距離;(ii)表面包覆一層高導電性物質,比如碳層,提高材料表面導電性;(iii)體相摻雜金屬陽離子或者非金屬陰離子。鈦酸納米管具有大的比表面積,獨特的多層管狀結構及較強的離子交換特性使其在很多領域都具有潛在的應用前景。鈦酸納米管的制備工藝已經相對成熟,在煅燒過程中可以脫水轉化為銳鈦礦相的二氧化鈦,并且,通過控制煅燒條件還可以制備出具有氧空位缺陷的電極材料。本論文基于課題組對鈦酸納米管研究工作的基礎,以鈦酸納米管為前驅體制備高性能二氧化鈦鋰離子電池負極材料,研究內容主要包含以下三個方面:(1)將鈦酸納米管分別在空氣和氫氣氣氛條件下煅燒制備具有氧空位缺陷的二氧化鈦,通過對樣品的晶型結構、形貌、順磁性、XPS進行分析發(fā)現,在空氣氣氛條件下煅燒得到的樣品為具有體相氧空位缺陷而表面呈完整晶型結構的電極材料,而在氫氣氣氛條件下煅燒得到的為具有體相氧空位缺陷和表面氧空位缺陷的電極材料。和完整晶型結構的二氧化鈦顆粒相比,引入氧空位缺陷后材料的電池性能大大提高。氧空位缺陷可以為鋰離子的嵌入提供更多的活性位點并提高二氧化鈦的本征電導率,從而提高電池容量和倍率性能,而且氧空位的存在可以為鋰離子的嵌入和擴散提供更為開放的結構和便捷的通道。倍率性能的提高主要是由于體相氧空位的存在。(2)將鈦酸納米管在真空條件下進行脫水處理,通過優(yōu)化實驗條件,調節(jié)鈦酸納米管的脫水過程和晶體結構轉化過程的速度,制備得到具有管狀結構的銳鈦礦相二氧化鈦材料。材料的管狀結構使其具有大的比表面積,提高了材料和電解液的接觸面積,為鋰離子的快速傳輸提供便捷的通道,并且在煅燒脫水過程中生成的氧空位缺陷又提高了材料的導電性,因此,將該材料作為電負極材料時表現出優(yōu)異的電化學性能。為了更好的理解材料贗電容效應和非贗電容效應對電池電化學性能的影響,我們通過剖析材料在不同掃描速率條件的循環(huán)伏安曲線,初步研究了材料的贗電容存儲過程及體相鋰離子存儲過程對電池容量的貢獻,發(fā)現真空條件下煅燒樣品為離子擴散控制的儲鋰反應過程,即在大倍率充放電條件下,材料中的贗電容存儲機制占主導地位。(3)以氮化鈦為前驅體,研究了不同反應條件下二氧化鈦/氮化鈦復合結構的制備及其電化學性能。最終可以得出結論:a)納米級氮化鈦在較低溫度(340℃)于空氣氣氛條件下煅燒其晶型結構開始轉化,除了氮化鈦相還有二氧化鈦相的生成,但是測得產物的倍率性能不好,這可能是由于煅燒過程中顆粒尺寸變大以及二氧化鈦和氮化鈦之間沒有有效結合力引起的。b)納米級氮化鈦在較低溫度下進行水熱處理,其形貌結構并不能被改變,但是通過增加堿液濃度、提高反應溫度、增加反應時間,材料由顆粒狀轉變?yōu)榘魻?通過對他們的電化學性能進行評價我們發(fā)現,氮化鈦雖然不是儲鋰的最佳選擇,但是由于其較好的電子導電性,它的倍率性能較好。
[Abstract]:The invention relates to a titanium dioxide with high specific surface area , unique multi - layer tubular structure and strong ion exchange characteristic , which can provide more active sites for embedding and diffusion of lithium ions , and can provide more open structure and convenient channel for embedding and diffusion of lithium ions . The preparation and electrochemical properties of titanium dioxide / titanium nitride composite structures under different reaction conditions are studied by optimizing the experimental conditions .
【學位授予單位】：河南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ134.11;TM912

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本文編號：1963777