TiO2_rGO锂离子电池负极材料的合成及性能研究

《TiO2_rGO锂离子电池负极材料的合成及性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、＇论文分类号：１学校代码：１０７０８５０２０３学号：１１淺焱＃拉大ｆＣＣＥＴＥＣＯＯＧＹＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＩＥＮ＆ＨＮＬ硕士学位论文’ｓＴｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒＤｅｇｒｅｅＴｉＯ２／ｒＧＯ锂离子电池负极材料的合成及性能研究李娟指导教师姓名：黄剑锋教授学科名称：材料学论文提交日期：２０１８年３月论文答辩日期：２０１８年５月学位授予单位：陕西科技大学申请工学硕士学位论文论文题目：TiO2/rGO锂离子电池负极材料的合成及性能研究学科门类：工学

2、一级学科：材料科学与工程培养单位：材料科学与工程学院硕士生：李娟导师：黄剑锋2018年5月SynthesisandPerformanceofTiO2/rGOAnodeMaterialforLithiumionbatteryAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByJuanLiSupervisor:Prof

3、.JianfengHuangMay2018TiO2/rGO锂离子电池负极材料的合成及性能研究摘要锂离子电池具有广大的市场要求，如便携式设备、电动汽车等。目前常用的电池主要有钠离子电池、锂离子电池、铅酸电池、镍铬/氢电池、碱锰电池等。锂离子电池由于其具有充放电电压平台高、高能量密度、无记忆和充放电效应、无环境污染和多次循环充电等优点，因此其被广泛用于各种类型的电子产品中。二氧化钛（TiO2）在作为锂离子电池时的高稳定性、优良的物理化学性质、结构稳定、价格低廉等优势，使其具有广阔的应用范围和良好前景。TiO-12的缺点是导电性能差，其

4、较低的理论比容量（335mAhg）限制了它的应用。因此，如何提高TiO2材料的可逆比容量及循环倍率性能是目前研究TiO2作为锂离子电池材料的研究热点。本论文采用钛酸四丁酯作为TiO2的前驱体，结合氧化石墨烯（GO）的层状结构，易被其他球形颗粒物质进行覆盖的特性，利用简单的水热法在180℃的条件下，制备了二氧化钛/还原氧化石墨烯（TiO2/rGO）复合材料。并在其基础上进一步研究了杂原子氮（N）掺杂、以及与二氧化锡（SnO2）复合后其材料包括表面形貌、组成变化、电化学反应机理的变化。（1）以钛酸四丁酯（Ti(OBu)4，TBT）作为

5、钛源，GO作为基体，通过简单一步水热法，可以制得层状纳米结构的TiO2/rGO复合材料。这种复合材料拥有高充放电比容量。相对于纯TiO2材料，TiO2/rGO复合材料具有更高的倍率性能。同时两种材料在循环2000圈后仍具有较高的充放电比容量，库伦效率接近100%。其中TiO-12/rGO复合材料在2000圈后0.5Ag的电流密度下仍能得到122mAhg-1的高充放电比容量，远远高于未添加石墨烯基体的纯TiO2材料。利用不同扫速下的CV曲线算出了其扩散系数，结合电池的赝电容理论，从锂离子和电子的扩散机理中分析得到：GO的加入不仅使产

6、物TiO2颗粒尺寸变小且均匀，同时为电子的传输提供了快速通道,从而促进了锂离子和电子在电极材料与电解液之间的嵌入/脱出反应过程，使得TiO2在加入很少量的GO也能大大地提高其放电比容量。（2）以TBT作为钛源，GO为载体，分别以硫脲、尿素作为氮源，合成了氮掺杂二氧化钛/还原氧化石墨烯复合物（N-TiO2/rGO）。用扫描电子显微镜（ScanningElectronMicroscope，SEM）、透射电子显微镜（TransmissionElectronMicroscopy，TEM）进行了表面形貌分析；用X射线衍射仪（XRD）I进行了

7、晶体结构表征；用X衍射荧光光谱仪（XPS）研究了其化学成分；用拉曼光谱（Raman）研究了其石墨化有序结构。利用循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（ElectrochemicalImpedanceSpectroscopy，EIS）等手段，测试了N掺杂TiO2/rGO电极的电化学性能。结果表明，与以尿素做为N源的N1-TiO2/rGO相比，在同等条件下以硫脲做为N源的N2-TiO2/rGO具有更高的充放电比容量。引入两种不同N源所形成N-TiO2/rGO电化学性能比未掺杂N源时的复合材料更优异。通过改变硫脲的添加量，进一步发现在添加0

8、.8g硫脲时，制备出的N-TiO-12/rGO电化学性能最佳。甚至在5Ag的大电流密度下，放电比容量仍能达到117mAhg-1。（3）以二水合氯化亚锡（SnCl2·2H2O）为锡源，TBT作为钛源，GO为载体，同样是在180℃的条件下制备了氧化锡（