銳鈦礦型TiO2鈉離子電池負(fù)極材料制備與性能研究.pdf

1、鋰離子電池有很多優(yōu)點(diǎn)，譬如能量密度高、循環(huán)壽命長、環(huán)境友好等，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于動力電池以及各種便攜電子設(shè)備。但隨著電動汽車行業(yè)的發(fā)展，鋰離子電池的需求進(jìn)一步擴(kuò)大，這就要求保證足量的鋰源，而鋰在地理上分配不均，70%都在南美洲，這就會導(dǎo)致鋰礦石價格不斷上漲，存在資源短缺問題。尋找合適的鋰離子電池替代產(chǎn)品迫在眉睫。作為與鋰同一主族的鈉，擁有許多與鋰相似的性能，同時具有儲量豐富、價格低、環(huán)境友好等特點(diǎn)，鈉離子電池是極有潛力的替代鋰離子電池的能源

2、體系方向。鈉離子電池的正極材料研究的比較多，負(fù)極材料則相對較少。目前對鈉離子電池負(fù)極材料的研究主要集中在：碳基材料、鈦基材料、合金負(fù)極材料、以及有機(jī)負(fù)極材料等。在鈦基材料中，二氧化鈦(TiO2)具有低成本、高安全性能、長循環(huán)壽命等優(yōu)點(diǎn)，近年來受到較多關(guān)注。
　　主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　(1)研究 TiO2晶型對材料嵌脫鈉行為的影響，比較了商品化銳鈦型及金紅石型納米TiO2材料作為鈉離子電池負(fù)極材料的儲鈉性能，發(fā)現(xiàn)銳鈦礦

3、型 TiO2材料100mA/g可逆容量為84.6mAh/g，是金紅石型TiO2材料嵌鈉容量(43.1mAh/g)的兩倍，故銳鈦礦型TiO2是更合適的儲鈉材料。隨后采用噴霧干燥技術(shù)結(jié)合熱還原法制備了還原氧化石墨烯(RGO)/TiO2復(fù)合材料。實(shí)驗結(jié)果表明，還原氧化石墨烯包覆能顯著提高TiO2材料的導(dǎo)電性，大幅度提升其在鈉離子電池中的電化學(xué)表現(xiàn)，RGO含量為4.00%(w)的RGO/TiO2復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能(350次循環(huán)后，10

4、0mA/g，146.7mAh/g)和倍率性能(600mA/g，114.4mAh/g)。
　　(2)我們使用不同原料、不同方法合成 TiO2材料，研究制備工藝對材料晶型、微觀形貌和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，不同方法制備的TiO2材料具有明顯不同的微觀形貌與晶體結(jié)構(gòu)，采用價格低廉的硫酸氧鈦(TiOSO4)作為原料，通過水熱法可以制備出顆粒尺寸分布均勻，平均粒徑20~50nm左右的銳鈦礦型TiO2，20mA/g首次循環(huán)可逆容量為172

5、.5mAh/g，100mA/g下可逆容量為124.2mAh/g，循環(huán)穩(wěn)定性能良好。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步使用模板水熱法，選用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)作為表面活性劑、以硫酸氧鈦為原料成功制備了一系列TiO2材料，通過優(yōu)化水熱方法，考察對合成銳鈦礦型的TiO2材料的性能影響。實(shí)驗結(jié)果表明，110℃水熱18h合成的TiO2材料電化學(xué)性能有明顯提高，該條件下制備的TiO2材料能形成獨(dú)特的高比表面(96.1m2/g)的結(jié)構(gòu)與良好的結(jié)晶性。經(jīng)驗