多層次結構金屬氧化物納米材料的溶劑熱合成及在鋰離子電池中的應用.pdf

1、鋰離子電池因為比容量高、工作電壓高、能量密度大、污染小等優(yōu)點已經(jīng)被廣泛應用在可攜帶式電子設備、混合動力汽車、以及電動汽車等領域。目前商用的鋰離子電池主要采用石墨作為負極材料。但石墨由于嵌鋰電位較低，容易產(chǎn)生鋰枝晶而存在較大的安全隱患；同時石墨電極的比容量較低而無法滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求。因此，尋找可替代石墨，具有更高比容量和能量密度、并且循環(huán)穩(wěn)定、安全性好的新一代負極材料已經(jīng)成為目前鋰離子電池領域的研究熱點之一。與石墨材料相比，二氧化鈦因嵌鋰

2、電位相對較高而具有優(yōu)越的安全穩(wěn)定性，同時因二氧化鈦價格低廉、來源廣泛、結構穩(wěn)定性好、體積應變小等特點，具有成為下一代鋰離子電池負極材料的潛力。但是，由于二氧化鈦自身導電性較差、鋰離子傳輸性能不佳，致使充放電過程中難以實現(xiàn)其理論比容量而限制其在負極材料上的應用。目前，主要通過將二氧化鈦納米化或與石墨等導電材料復合的方法來改善材料的導電性。設計二氧化鈦/碳納米多層次復合材料一方面能通過將材料納米化而縮短鋰離子傳輸路徑，提升傳導能力，另一方面

3、碳能夠提供導電基質(zhì)，達到改善二氧化鈦自身導電性不足的目的。
　　在此思路下，本論文的主要研究內(nèi)容包括：
　　1.采用N，N-二甲基甲酰胺為溶劑，聚苯乙烯為反應模板和碳源，以四異丙醇鈦為二氧化鈦前驅(qū)體，在濃鹽酸作用下，聚苯乙烯發(fā)生相分離原位形成聚苯乙烯膠體粒子，并在溶劑熱的輔助下形成二氧化鈦/聚苯乙烯復合微球，通過氬氣氣氛煅燒，制備得到形貌均一、可控，多層次結構的二氧化鈦/碳復合微球。研究發(fā)現(xiàn)，多層次的二氧化鈦/碳復合微球具有

4、很高的振實密度，同時，與純的二氧化鈦微球相比，二氧化鈦/碳復合微球的質(zhì)量比容量、循環(huán)穩(wěn)定性、倍率性能都有很大的提高。此外，惰性氣氛煅燒下所制備的二氧化鈦/碳復合微球可以通過進一步空氣氣氛退火處理調(diào)控其碳含量，從而得到具有不同碳含量的二氧化鈦/碳復合微球。本文對二氧化鈦/碳復合微球的形成機理、形貌結構、以及鋰電性能進行了深入系統(tǒng)的研究。此外，作為拓展性研究工作，還進一步研究了二氧化鈦/碳復合微球光照催化產(chǎn)氫性能。
　　2.采用1,4

5、-二氧六環(huán)作溶劑，四異丙醇鈦作為二氧化鈦前驅(qū)體，通過改變體系中的濃鹽酸的濃度，在溶劑熱條件下，通過無模板法合成納米顆粒構成的微球，納米棒和納米顆粒構成的復合微球，納米棒構成的微球，納米棒構成的簇等四種微納結構。通過空氣氣氛煅燒，可得到相應形貌的結晶二氧化鈦微納結構。本論文對無模板法條件下二氧化鈦多層次結構形貌演變機理進行了深入探討；在此基礎上，研究了不同形貌的二氧化鈦多層次結構的鋰電性能和光照催化產(chǎn)氫性能；并對結構-性能關聯(lián)性進行了初步