TiO2納米管陣列電化學嵌鋰性能的研究.pdf

1、鋰離子電池是20世紀90年代發(fā)展起來的能源存儲器件,具有電壓高、體積小、質量輕、比容量高、無記憶效應、無污染、自放電小、壽命長等優(yōu)點。近年來,隨著混合動力汽車的迅速發(fā)展,具有高能量高功率密度的鋰離子電池日益顯得重要。目前所使用的以石墨化碳材料為負極的鋰離子電池在大電流充放電時具有不安全隱患以及容量衰減的缺點,必須尋找一種可替代的新型負極材料。而二氧化鈦具有嵌鋰電位高、循環(huán)性能好、大電流下容量高的優(yōu)點,因而是理想的安全、大功率負極材料。本

2、文采用陽極氧化方法制備了二氧化鈦納米管陣列,并系統(tǒng)研究了納米管陣列微觀形貌與晶體結構對其電化學性能測試的影響。首先研究了甘油體系與乙二醇體系電解液的陽極氧化工藝參數(shù)。發(fā)現(xiàn)當電解液為甘油與水混合液時,制備的納米管陣列長度為1.2μm左右;當采用乙二醇為電解液時,制備的納米管陣列長度可達90μm。同時控制含水量以及氧化電壓對形貌的均一性非常關鍵。結合SEM和TEM結構表征,研究了電解液溫度對納米管陣列管壁厚度的影響,發(fā)現(xiàn)隨著溫度的提高(由0

3、℃升為20℃),管壁逐漸變薄(由80nm變?yōu)?5nm),管長從18μm增加到90μm左右。其次研究鋯摻雜對納米管陣列形貌、相變及電化學性能的影響。將鈦鋯固溶合金薄片進行陽極氧化以制備得到鋯摻雜的二氧化鈦納米管陣列。研究發(fā)現(xiàn)鋯元素的摻雜可阻礙銳鈦礦相向金紅石相的轉變,并且有利于增加納米管陣列長度。甘油電解液體系下制備的納米管長度增加0.5μm,同時納米管表面更平滑;循環(huán)伏安測試表明鋯摻雜的二氧化鈦納米管的脫鋰電位較未摻雜二氧化鈦納米管電位

4、低,1mV/s掃速下降低0.05V。最后研究了納米管陣列對其相變、形貌對電化學性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)非晶態(tài)二氧化鈦納米管在容量倍率性能方面優(yōu)于晶化的二氧化鈦納米管陣列。在充放電電流密度為1A/g時,非晶態(tài)的充放電容量為220mAh/g,而銳鈦礦在該電流密度下的充放電容量為150mAh/g。當充放電電流密度為10A/g時,非晶態(tài)的充放電容量為175mAh/g,而銳鈦礦電容量衰減到60mAh/g。對比納米顆粒、管長90μm納米管與導電碳黑混合