二氧化鈦-石墨烯納米結(jié)構(gòu)構(gòu)筑與儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、二氧化鈦(TiO2)作為動(dòng)力鋰離子電池負(fù)極材料的突出代表，具有工作電壓(1.3-1.8V vs. Li+/Li)比較高；體積隨Li+嵌入/脫出的變化非常小(<4％)；電池充放電時(shí)沒有負(fù)極SEI膜的產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)。雖然擁有以上優(yōu)勢(shì)，但二氧化鈦的理論比容量相對(duì)較低(335 mAh/g)，離子電導(dǎo)率和電子電導(dǎo)率不高，都是制約它在鋰離子電池領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵因素。本論文通過水熱法和微乳液法制備納米化的二氧化鈦-石墨烯復(fù)合電極材料，以改善Li+和電子傳輸

2、速率。通過新型電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及組裝，制備出具有獨(dú)特微觀結(jié)構(gòu)的二氧化鈦電極材料，采用SEM、TEM、XRD、BET、FTIR、TGA等測(cè)試技術(shù)對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)、形貌以及組成等進(jìn)行分析，利用電池充放電測(cè)試、循環(huán)伏安和交流阻抗等電化學(xué)分析手段對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行研究。
　　我們用成本低廉且操作簡(jiǎn)便的改進(jìn)后的Hummers法，合成出實(shí)驗(yàn)所需的氧化石墨烯(GO)。采用TiCl3和高度分散的氧化石墨烯水溶液為原料，利用(OH)-Ti+離子與氧化石墨烯

3、片層之間的靜電吸引作用，將Ti3+在氧化石墨烯片層上很好的分散開，通過一步水熱合成法，制備出二氧化鈦石墨烯納米復(fù)合材料。在1C的倍率下循環(huán)，首次的放電容量可達(dá)199 mAh/g，100次循環(huán)后容量降為119 mAh/g。
　　利用氧化石墨烯親水親油這一特性使其高度分散在水/油組成的微乳液體系中，控制TiCl3水解反應(yīng)在固定大小的微乳液內(nèi)核中進(jìn)行，使得二氧化鈦顆粒在高度分散的氧化石墨烯片層上原位生長(zhǎng)。整個(gè)復(fù)合和生長(zhǎng)過程一步完成，保證

4、二氧化鈦顆粒能夠與石墨烯片層緊密的結(jié)合，進(jìn)而有力的保障了復(fù)合材料優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能。微乳法制備的TiO2/RGO復(fù)合電極材料展現(xiàn)出了較好的循環(huán)性能且倍率性能得到明顯的提高。在0.1 C、0.5 C、2 C、10 C的充放電倍率下的首次放電容量分別為:238 mAh/g、207 mAh/g、176 mAh/g、110 mAh/g。在1 C充放電倍率下，經(jīng)過100次循環(huán)，放電容量依然可以保持在205 mAh/g。在5 C充放電倍率下循