Ti和Sn氧化物負極材料的結構優化及其電化學性能.pdf

1、鋰離子電池和傳統鉛酸、鎳氫電池相比，具有容量高、功率大、循環性能好，不含鉛、鎘、汞重金屬等優點，被稱為“綠色化學電源”，因而廣泛應用于移動數碼電子、電動汽車、空間飛行器等大功率電源領域。負極材料是鋰離子電池的重要組成部分，目前商業化的負極材料主要是由碳材料制備而成，但是碳的理論比容量低，已成為限制鋰電池進一步發展的瓶頸。近年來，金屬氧化物負極材料由于其較高的理論比容量已成為目前最有希望替代碳負極材料的候選者。然而，金屬氧化物負極材料在充

2、放電過程中會產生巨大的體積變形，從而造成材料開裂、脫落，最終導致鋰離子電池失效。因此，目前對于鋰離子電池負極材料的研究主要集中在通過納米化和復合化的方法來優化材料結構，緩解體積膨脹，提高循環性能。
　　因此，本學位論文以金屬氧化物TiO2、SnOx為研究對象，通過微觀結構設計和復合化的方法對該類負極材料進行組分與結構優化，以改善鋰離子電池負極材料的循環性能和倍率性能。在此基礎上，采用球磨法、靜電紡絲法、水熱法和電鍍-陽極氧化法制備

3、鈦和錫的氧化物負極材料，利用XRD、SEM、TEM、BET、XPS等表征測試方法對實驗制備的樣品進行微觀結構和表面形貌進行表征，采用恒流充放電測試、電化學阻抗譜等方法對其電化學性能進行了評估。主要創新性研究成果如下：
　　1、分別采用機械球磨法和靜電紡絲法制備介孔結構TiO2/CNTs復合材料和納米纖維結構TiO2，并研究了其顯微組織對材料電化學性能的影響。結果表明，所制備的介孔結構或納米纖維 TiO2的比容量和倍率性能相對于純顆

4、粒狀 TiO2得到了有效提升，且具有較高的庫侖效率和循環性能。其原因在于介孔結構和纖維結構可大大增加材料的比表面積，便于激活活性物質參與反應，同時這些結構還可作為負極材料在鋰脫嵌過程中的力學支架與嵌鋰脫鋰通道，有利于鋰離子的脫嵌。
　　2、分別采用靜電紡絲法和水熱法制備高比容量SnO2/TiO2和SnO2/RGO復合材料，并對其微觀結構和電化學性能進行研究。結果表明，這兩種復合材料的循環性能和比容量相較純SnO2均得到了明顯改善，

5、尤其是RGO負載SnO2負極材料的電化學性能更為優異，首次放電比容量高達1696 mAh g?1，循環50次后放電比容量仍有600 mAh g?1。其原因在于，TiO2和RGO的加入可以有效緩解SnO2在充放電過程中因體積膨脹導致的材料失效，并能進一步提升材料的比容量和導電性，從而改善了該負極材料的循環性能。
　　3、基于一體化層狀復合材料的設計思想，以單質銅為基底，采用電鍍-陽極氧化法直接制備具有介孔結構的SnO2/SnO/Sn

6、層狀一體化復合材料，同時為進一步提升電極材料的比容量和循環性能，通過加入CNTs制備了CNTs@SnO2/SnO/Sn層狀一體化復合材料。研究結果表明，該一體化復合材料的首次放電比容量高達1895 mAh g-1，經過50個循環后，容量仍保持在927 mAh g-1，從而通過電極材料的介孔化、復合化、一體化的綜合設計思想，有效改善電極材料的電化學性能。
　　4、以泡沫鎳為基底，采用復合電鍍-陽極氧化法制備出了層狀一體化錫氧化物薄膜