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商业二氧化钛负极材料电化学性能的优化
| 论文题名： | 商业二氧化钛负极材料电化学性能的优化 |
| 关键词： | 能源汽车;锂离子电池;负极材料;二氧化钛;碳包覆工艺;电化学性能 |
| 摘要： | 锂离子电池技术的不断发展推动了其在社会生产生活中的普遍应用。近年来，新能源汽车的高速发展进一步体现了锂离子电池的优越性。大型动力设备对负极材料的要求也越来越高，往往需要其具有较高的功率密度和能量密度。二氧化钛(TiO2)是重要的候选材料之一。然而，商业TiO2(c-TiO2)中存在许多杂质，电化学性能较差，限制了其实际应用。为使价格低廉的c-TiO2能够应用于锂离子电池中，探究其电化学性能差的内在原因，并通过适当的措施改善其电化学性能，具有重要的应用价值。由此，我们进行了如下的研究工作: (1)使用葡萄糖作为碳源在600和750℃制备了碳包覆的c-TiO2纳米颗粒。750℃下合成的碳包覆c-TiO2样品在电流密度为100mA/g时，充放电100次后仍具有较高的可逆容量(270.1mAh/g)，与碳包覆的纯TiO2性能相当。根据各种表征测试分析，电化学性能的显著提高归因于750℃时SO42-的彻底分解以及碳包覆层提高了电子电导率和离子电导率。这一简单的制备方法和良好的电化学性能促进了TiO2作为负极材料在高功率锂离子电池中的应用。 (2)采用煤焦油沥青作为碳源在750℃保温5h合成了软碳包覆的商业二氧化钛纳米颗粒。与未包覆的二氧化钛相比，经过软碳包覆的样品表现出更高的电化学性能。软碳包覆的TiO2材料获得了引人注目的倍率性能，当电流密度分别是100，200，400，800，1600mA/g时，样品电池在各个电流密度下循环十次后的可逆容量依次为323.6，274.4，247.8，209.1，146.6mAh/g。在500mA/g的高电流密度下循环1000次后的可逆容量仍高达140.2mAh/g。测试结果表明，碳包覆的样品电化学性能显著提高，这一方面是由于高石墨化程度的软碳增强了电子电导率和离子电导率，另一方面是锂离子界面存储机制的存在。 (3)以沥青作为碳源在900℃制备了碳包覆c-TiO2并引入适量的Ti9O17。Ti9O17是在c-TiO2碳包覆过程中同步形成的。Ti9O17的含量可以通过调整沥青的含量得以控制。其中沥青与商业二氧化钛质量比为0.12的产物显示出最佳的循环稳定性，在500mA/g电流密度下，循环800次后的可逆容量为155.8mAh/g。结合对比实验和系统的组织结构表征，适量的Ti9O17和碳包覆层提升了c-TiO2的电子电导率和离子电导率，从而提高了c-TiO2负极材料的循环稳定性。 |
| 作者： | 王丽颖 |
| 专业： | 材料工程 |
| 导师： | 白玉俊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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