纳米TiO2/多孔碳纳米纤维复合材料作为锂离子电池负极材料的制备与性能研究
TiO2来源丰富、无毒环保，具有很好的循环稳定性和倍率特性，作为锂离子电池的负极材料具有广阔的应用前景。但是TiO2本身导电性差，实际比容量不高（仅有理论比容量的一半，168mA·h·g-1），限制了其在锂电负极方面的实际应用。经过纳米结构设计的TiO2具有更多的表面活性位点和较短的电子和离子扩散路径，有利于提高TiO2的电化学性能。另外，对提高TiO2导电性的研究也成为目前的研究热点之一。 本论文中利用静电纺丝与高温碳化技术并利用模板法造孔的方法，制备得到了一种多孔碳纳米纤维包覆超小纳米TiO2颗粒(简称TOPCNFs)的电池负极材料。经研究发现，与碳纳米纤维复合有利于TiO2电化学性能的提高，尤其是造孔后样品性能提高明显。造孔后的最佳样品因具有介孔结构、大比表面积(392.22m2·g-1)和超小TiO2纳米颗粒（平均粒径4.3nm），在0.2C(1C=168 mA·g-1)的电流密度下100次循环后比容量为239.4mA·h·g-1，比未造孔的TiO2复合碳纳米纤维的比容量提高近一倍(120mA·h·g-1)，而同样条件下的纯TiO2纳米纤维在50次循环后比容量仅为82mA·h·g-1。 实验还通过改变热处理温度和在纺丝液中添加导电性良好的单壁碳纳米管两种方法来进一步优化TOPCNFs材料的导电性。研究表明，存在于纤维内部的SWCNT可以有效的提高材料的导电性，进一步提高TOPCNFs在大电流和倍率下的电化学性能，其最佳样品在10C的电流密度下2000次循环之后，容量基本无衰减，依然高达160mA· h·g-1，而未添加单壁碳纳米管的TOPCNFs的容量在2000次之后容量衰减到126mA·h·g-1。
锂离子电池;电极材料;二氧化钛;碳纳米纤维;制备工艺;电化学性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
于运花
2016
中文
TM912;TM242:TM205.1
103
2017-01-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）