tio-%2c2-纳米管嵌锂电化学性能及其掺杂改性的研究

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1、河南大学硕士学位论文TiO<,2>纳米管的嵌锂电化学性能及其掺杂改性研究姓名：徐金威申请学位级别：硕士专业：凝聚态物理指导教师：张伟风20070501河南丈学凝聚态物理专业2004级硕士学位论文摘要锂离子电池由于其具有能量密度大、电压高、自放电小、比容量大、循环寿命长、无记忆效应、环境无污染等特点，而被广泛应用于便携式电器和电动汽车等。锂离子二次电池的蓄电能力在很大程度上取决于电极材料的选取，尤其是负极材料的选取。目前商品化锂离子电池负极材料大多采用各种碳材料，知石墨、焦炭等。相对于金属锂而言，尽管碳材料在安全性能、循环性能等方面有了很

2、大改进，但由于碳材料的嵌锂电位接近于金属锂，在电池过充电时，仍然会有部分锂离子在负极表面沉积而形成锂枝晶，存在安全隐患。另一方面，由于碳材料在首次充放电时，会形成固体电解质中间相(SolidElecuolyteInterfaceFilm，简称SEI膜)，导致较大不可逆容量损失，而且SEI膜的产生增加了电极，电解液界面阻抗。不利于Li+的可逆嵌入和脱出。为了克服碳负极材料存在的缺点和不足，寻找安全性能更好、比容量更高、循环寿命更长的新型负极材料，逐渐成为锂离子电池的研究热点。过渡金属氧化物，如W03、M003、Ti02等，作为锂离子电池负

3、极材料得到了广泛研究。其中，Ti02由于其具有较高的理论比容量(335mAh·g-1)、价格低廉、无毒等优点，而备受青睐。Ti02的嵌锂电位约为1．8V(vs．Li+／Li)，可与4V级正极材料组成电压为2～2．5V的锂离子电池，其电压平台高于碳电极，可以避免金属锂的析出而提高安全性能。近年来，由于纳米新材料技术的发展，纳米材科在锂离子电池中的应用越来越受到人们的重视。纳米材料作为电化学锂离子嵌入材料，大的比表面积有秘于缓冲充放电过程中体积摘要的变化，可以大大减小Li+的扩散深度，更有利于Li+进行可逆嵌入和脱嵌，更好地释放锂嵌入和脱嵌

4、过程中的应力，提高循环寿命，而更高的电极／电解液接触面积卿提高了充放电速率。纳米结构的Ti02电极材料，如纳米线、翁米微粒、纫米管等，与传绞的豇晓电极材料相比，据有更优异的皂化学性能。纳米管Ti02由于其制各方法简便，拥有更高的比表面积，可以提供更多的嵌锂位置，是一种极具应用前景的锂离子电池负极材料．本论文在以不同方法制备出ri02纳米管的基础上，围绕Ti02纳米管电极的嵌锂电化学性能及其掺杂改性主要进行了以下几个方面的工作：1．分别采屡水热合成法和溶胶一凝胶一承热法制备出锐钛矿檑Ti02纳米管，并对它们在不同热处理温度下产物形貌变化和

5、相转变进行了研究。结果表明，纳米管在400"C热处理时，仍具有较好的热稳定性，保持纳米管的形貌不变，晶型发生从H2Ti03到锐钛矿的转变。随着热处理温度的提高，纳米管管状结构逐渐被破坏，晶型从锐钛矿相向金红石相转化。2．分别研究了通过承热合成法和溶胶一凝胶一水热法制备的Ti02纳米管的嵌锂电化学性能。实验结果说明，通过不同途径和方法制得的锐钛矿Ti02纳米管的嵌锂性能存在较大差异。3．通过溶胶一凝胶一水熟法制备出碳掺杂和铁掺杂Ti02纳米管，并对未掺杂、碳掺杂和铁掺杂Ti02纳米管电极的嵌锂电化学性能进行比较研究。电化掌性能测试结果表现

6、。掺杂后改善了了i。z纳米管的嵌锂性能。丽铁掺杂Ti02纳米管电极的嵌锂电化学性能优于碳掺杂Ti02纳米管。关键词：水热合成；Ti02纳米管；锂离子电池；电化学性能；掺杂Ⅱ河南大学凝聚态物理专业2004级硕士学位论文AbstractLithium·ionbatteriesarewidelyusedinportableelectronicdevicesandelectricvehicles，becauseofhi曲energystoragedensity，highvoltage，littleself-discharge，largespec

7、ificcapacity,longcyclelife，nomemoryeffect，pollution·freetoenV蛔衄ent’andSOOn．TheelectricitystorageabilityofLi-ionrechargeablebatteriescriticallydependsontheselectionofelectrodematerial，inparticularlytheanodematerial．Inpresentcommerciallithium—ionbatteries，variouscarbonmate

8、rials，suchasgraphite,coke，arewidelyusedasananodematerial．However,asthevoltageoflithiumintercalationinto