二氧化鈦-石墨烯復合電極材料制備及電化學性能研究.pdf

1、二氧化鈦作為鋰離子負極材料具有使用壽命長、成本低廉、無毒無害等優(yōu)點。更重要的是，二氧化鈦在鋰離子脫嵌過程中體積變化小，可以很好的解決負極材料在快速充放電時容量保持率、循環(huán)性等方面的難題。然而，二氧化鈦自身較差的導電性能，在一定程度上限制了其應用。
　　石墨烯，作為一種具有獨特二維結構的碳材料，同時具有優(yōu)異的導電性能、良好的柔韌性以及超高的比表面積，被廣泛應用于鋰離子電池電極材料的改性。而如何利用石墨烯來構筑高效的導電網(wǎng)絡，是提高石

2、墨烯復合電極材料的一個重要課題。在本論文中，我們通過構建不同結構的石墨烯導電網(wǎng)絡來改性二氧化鈦的電化學性能。主要內容如下：
　?。?）通過原位生長方法，制備得到了石墨烯-碳納米管-B型二氧化鈦三元復合電極材料。與石墨烯-B型二氧化鈦、碳納米管-B型二氧化鈦二元復合電極材料不同，在該三元復合電極材料中，石墨烯自身形成大面積的導電基底，碳納米管則將石墨烯間的導電斷路連接起來，并抑制了石墨烯的團聚，兩者共同作用形成一個連續(xù)的導電網(wǎng)絡并與

3、B型二氧化鈦納米線緊密接觸，從而使電子能更快的進入到電極材料內部，同時保證電解液能完全進入到電極材料中。石墨烯-碳納米管-B型二氧化鈦三元復合電極材料在1 C的倍率下充放電200次，仍具有190 mA h g-1的放電容量，同時也表現(xiàn)出良好的倍率性能。
　　（2）采用噴霧干燥方法，合成得到了二氧化鈦-石墨烯二元復合微球狀電極材料。與機械混合得到的二氧化鈦-石墨烯二元復合電極材料不同的是，噴霧干燥得到的材料中，石墨烯片層相互連接，形

4、成了三維導電網(wǎng)絡。同時，石墨烯三維網(wǎng)絡還抑制了燒結過程中二氧化鈦晶粒的長大，提高了鋰離子在二氧化鈦材料中的傳導速率。復合電極材料中均勻分散的二氧化鈦納米顆粒也可以起到阻隔的作用，避免了石墨烯的團聚。二氧化鈦-石墨烯二元復合微球狀電極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能，在1 C倍率下充放電循環(huán)300次，仍具有173.7 mA h g-1的放電容量，容量保持率達到93％。在充放電倍率從0.1 C提高至5 C時，容量幾乎沒有衰減，表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能