鋰離子電池材料TiO2基復合納米線陳列的制備及電化學性能研究.pdf

1、目前商品鋰離子電池廣泛采用碳負極材料。在眾多的用作負極的碳材料中，石墨有低的嵌鋰電位，表現出優良的嵌入/脫嵌性能。然而，石墨會在過充時會生成鋰枝晶，產生爆炸等安全隱患。因此，鋰離子電池研究學者近年來在尋找新的負極材料來取代碳材料。二氧化鈦(TiO2)因其嵌鋰電位高，能夠非常有效地避免充放電過程中鋰枝晶和SEI膜的形成。加上形貌可控、晶面間距大、多相以及資源豐富和對環境無污染等一系列優點，其用作鋰離子電池負極材料的研究吸引了大量的關注。但

2、TiO2的電化學性能因本身比容量低(理論比容量335mAh/g)、導電性差而受到限制。本論文中通過制備TiO2基復合納米線陣列來提高其比容量和電導率，為鋰離子負極材料的研究提出一種新的結構設計理念。
　　本論文首先通過簡單的水熱法以及退火處理制備了混合TiO2納米線陣列。X-射線衍射(XRD)和拉曼(Raman)分析測試結果表明TiO2是由銳鈦礦和TiO2(B)兩相混合而成的。以混合TiO2納米線陣列直接作工作電極，無需添加任何導

3、電劑和粘合劑，研究其電化學性能。TiO2納米線充分發揮其一維納米線的結構優勢，比TiO2標準樣P25納米顆粒表現出更高的循環容量，更好的循環穩定性以及倍率性能。
　　為了實現TiO2納米線在高性能鋰離子動力電池上的應用，本論文通過制備TiO2基復合納米線陣列來提高其電化學性能。其一，采用協同效應，融合TiO2(良好的結構穩定性)和Fe2O3(高比容量)兩者的優點，制備TiO2@Fe2O3兩層復合結構。實驗結果表明該復合結構比表面積

4、大，既能為鋰離子的嵌入/脫嵌提供更多的電化學活性點，也能縮短鋰離子和電子的傳輸路徑。在電流密度為100mA/g下表現出高達～800mAh/g的可逆容量以及循環50周后其容量保持率為88％。其二，TiO2@C@Fe3O4三層復合結構的設計旨在結合TiO2(良好的結構穩定性)、C（高導電性）和Fe3O4(高比容量)三者的優點。加入碳層的復合納米線陣列表現出很好的倍率性能，即使在1600μA/cm2的大電流密度下仍釋放270μAh/cm2的容