摻雜的雙連續(xù)介孔二氧化鈦和碳的復(fù)合材料用于鋰離子電池負(fù)極的分析研究.pdf

1、鋰離子二次電池作為綠色能源備受關(guān)注,電極材料對(duì)電池性能至關(guān)重要。負(fù)極材料要求承受鋰離子的嵌入和脫出而保持長(zhǎng)久結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。二氧化鈦是非常有潛力取代傳統(tǒng)慣用的碳材料成為新型鋰離子電池負(fù)極材料,主要原因有幾個(gè)方面:第一,二氧化鈦的放電平臺(tái)電位高(～1.7 V vs Li+(1M)/Li);第二,銳鈦礦型二氧化鈦,是其中每個(gè)TiO6八面體與周圍8個(gè)TiO6的連接方式是4個(gè)共邊,4個(gè)共頂角,此種連接方式產(chǎn)生的三維空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)為鋰離子的嵌入和脫出提供

2、了更多的空位;第三,二氧化鈦無(wú)毒性,對(duì)環(huán)境無(wú)污染,抗氧化能力強(qiáng)化學(xué)穩(wěn)定性高。此外,介孔材料因其高的比表面積得到廣泛研究并使之用于做離子電池電極材料。綜上,本課題的主要內(nèi)容是合成二氧化鈦介孔材料并用于鋰離子電池負(fù)極材料.研究發(fā)現(xiàn)單純TiO2介孔結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,并且二氧化鈦是半導(dǎo)體不易電子傳導(dǎo)。故此對(duì)其進(jìn)行摻雜,以提高 TiO2介孔結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和導(dǎo)電性。
　　本研究首先分析研究了介孔結(jié)構(gòu)合成機(jī)理,討論了如成分、實(shí)驗(yàn)條件以及成膜的厚度對(duì)介孔

3、形貌的影響,最終得到最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)條件。把合成介孔材料作為負(fù)極材料進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試,對(duì)于其中電化學(xué)性能不穩(wěn)定的原因進(jìn)行了分析,并對(duì)其進(jìn)行摻雜金屬以提高電池性能。主要的成果包括：⑴碳源前軀體酚醛樹脂的加入量和pH值都對(duì)介孔形貌有影響。如果加入量過(guò)少或過(guò)多,都會(huì)對(duì)介孔 TiO2有不利影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在酸性條件下的酚醛樹脂,形成的介孔材料形貌有坍塌現(xiàn)象并多是周期排列無(wú)序的孔。⑵過(guò)量的四氯化鈦不會(huì)得到有序完整的孔,因?yàn)檫^(guò)量的鈦源原位產(chǎn)生的氫質(zhì)子是溶液酸

4、化,其影響與酚醛樹脂的pH值低的影響如出一致。若量過(guò)少原位產(chǎn)生的氫質(zhì)子不會(huì)起到阻止鈦的醇鹽與共聚物的酯交換作用而造成液相分離難以得到周期排列的孔。⑶成膜的厚度對(duì)介孔形貌有很大影響,如果按照文獻(xiàn)的方法很難得到薄而均勻的空,本實(shí)驗(yàn)中,逐步摸索出新的方法得到薄而且均勻的膜。對(duì)比于厚的膜,小角 XRD反應(yīng)介孔結(jié)構(gòu)在薄的膜中具普遍有高的有序度,紅外發(fā)現(xiàn),二者的不同主要是羥基和烷基取代。由于羥基會(huì)在加熱后脫去,那么對(duì)于厚的膜在熱處理后的骨架收縮會(huì)比

5、更多,對(duì)孔的形狀有影響。⑷不同樹脂加入量合成的介孔材料做鋰離子電池電極材料的電化學(xué)性能不同。電化學(xué)性能還與碳的存在形式有關(guān),有序度高的SP2雜化具有導(dǎo)電性故此電化學(xué)性能好。但是如果過(guò)多的加入樹脂,會(huì)曾大碳層聚集的可能,對(duì)電化學(xué)性能不利。當(dāng)然電化學(xué)性主要受介孔形貌,孔的開放程度有無(wú)阻塞以及有序度有關(guān),而隨著不同的樹脂加入量也會(huì)生成不同形貌結(jié)構(gòu)的介孔材料。⑸不同的金屬摻雜,會(huì)不同程度提高比容量和循環(huán)可靠性。但如果加入量過(guò)多也是有害。摻雜金屬