摻雜的雙連續(xù)介孔二氧化鈦和碳的復合材料用于鋰離子電池負極的分析研究.pdf

1、鋰離子二次電池作為綠色能源備受關注,電極材料對電池性能至關重要。負極材料要求承受鋰離子的嵌入和脫出而保持長久結構穩(wěn)定。二氧化鈦是非常有潛力取代傳統(tǒng)慣用的碳材料成為新型鋰離子電池負極材料,主要原因有幾個方面:第一,二氧化鈦的放電平臺電位高(～1.7 V vs Li+(1M)/Li);第二,銳鈦礦型二氧化鈦,是其中每個TiO6八面體與周圍8個TiO6的連接方式是4個共邊,4個共頂角,此種連接方式產生的三維空間網格結構為鋰離子的嵌入和脫出提供

2、了更多的空位;第三,二氧化鈦無毒性,對環(huán)境無污染,抗氧化能力強化學穩(wěn)定性高。此外,介孔材料因其高的比表面積得到廣泛研究并使之用于做離子電池電極材料。綜上,本課題的主要內容是合成二氧化鈦介孔材料并用于鋰離子電池負極材料.研究發(fā)現單純TiO2介孔結構不穩(wěn)定,并且二氧化鈦是半導體不易電子傳導。故此對其進行摻雜,以提高 TiO2介孔結構的穩(wěn)定性和導電性。
　　本研究首先分析研究了介孔結構合成機理,討論了如成分、實驗條件以及成膜的厚度對介孔

3、形貌的影響,最終得到最優(yōu)的實驗條件。把合成介孔材料作為負極材料進行電化學測試,對于其中電化學性能不穩(wěn)定的原因進行了分析,并對其進行摻雜金屬以提高電池性能。主要的成果包括：⑴碳源前軀體酚醛樹脂的加入量和pH值都對介孔形貌有影響。如果加入量過少或過多,都會對介孔 TiO2有不利影響。實驗發(fā)現在酸性條件下的酚醛樹脂,形成的介孔材料形貌有坍塌現象并多是周期排列無序的孔。⑵過量的四氯化鈦不會得到有序完整的孔,因為過量的鈦源原位產生的氫質子是溶液酸

4、化,其影響與酚醛樹脂的pH值低的影響如出一致。若量過少原位產生的氫質子不會起到阻止鈦的醇鹽與共聚物的酯交換作用而造成液相分離難以得到周期排列的孔。⑶成膜的厚度對介孔形貌有很大影響,如果按照文獻的方法很難得到薄而均勻的空,本實驗中,逐步摸索出新的方法得到薄而且均勻的膜。對比于厚的膜,小角 XRD反應介孔結構在薄的膜中具普遍有高的有序度,紅外發(fā)現,二者的不同主要是羥基和烷基取代。由于羥基會在加熱后脫去,那么對于厚的膜在熱處理后的骨架收縮會比

5、更多,對孔的形狀有影響。⑷不同樹脂加入量合成的介孔材料做鋰離子電池電極材料的電化學性能不同。電化學性能還與碳的存在形式有關,有序度高的SP2雜化具有導電性故此電化學性能好。但是如果過多的加入樹脂,會曾大碳層聚集的可能,對電化學性能不利。當然電化學性主要受介孔形貌,孔的開放程度有無阻塞以及有序度有關,而隨著不同的樹脂加入量也會生成不同形貌結構的介孔材料。⑸不同的金屬摻雜,會不同程度提高比容量和循環(huán)可靠性。但如果加入量過多也是有害。摻雜金屬