二氧化鈦納米資料組成及鋰離子電池功能研討

二氧化鈦（CY-T30D/TA30D）作為一種重要的無機半導體資料，具有共同的物理化學功能。近年來，二氧化鈦（CY-T30D/TA30D）被廣泛運用于鋰離子電池、太陽能電池、光催化、氣體傳感器等許多范疇。二氧化鈦（CY-T30D/TA30D）納米資料作為鋰離子電池負極資料，具有較高的理論比容量(335mAh/g) 循環功能好、嵌鋰電位高級特色。與傳統的二氧化鈦（CY-T30D/TA30D）電極資料比較，二氧化鈦納米資料具有更為優異的電化學功能。

本論文是以微米級的鈦粉作為鈦源，選用水熱法制備出二氧化鈦（CY-T30D/TA30D）納米資料。經過操控反響條件制備出二氧化鈦（CY-T30D/TA30D）納米管和納米帶。隨后，咱們對制備的二氧化鈦納米管和納米帶的鋰離子電池功能進行了研討。本研討的首要有以下幾方面:

1經過操控水熱反響的條件，別離制備出了外徑約為10nm，內徑約是5nm的鈦酸鈉納米管和寬為90-100nm的鈦酸鈉納米帶。鈦酸鈉納米管和納米帶經酸處理得到相應描摹的鈦酸納米管和納米帶，然后再經高溫熱處理得到相應描摹的二氧化鈦（CY-T30D/TA30D）納米管和納米帶。500℃下熱處理得到的是銳鈦礦相二氧化鈦（CY-T30D/TA30D），而在400℃下熱處理得到的銳鈦礦相二氧化鈦（CY-T30D/TA30D）中還含有TiO2(B)相。

2、選用恒流充放電研討了二氧化鈦（CY-T30D/TA30D）納米管和納米帶的鋰離子電池功能。研討標明，二氧化鈦（CY-T30D/TA30D）納米管在30mA/g的充放電電流密度下，其初次充放電容量別離到達了298 mAh/g、590mAh/g。在不同充放電電流密度下，二氧化鈦納米管也體現出杰出充放電才能和循環安穩性。在充放電電流密度為30mA/g、60mA/g、120mA/g、240mA/g、480mA/g、960mA/g的充放電電流密度下，充放電容量別離可以到達275mAh/g、230mAh/g、200mAh/g 187mAh/g、165mAh/g140mAh/g。二氧化鈦的高倍率充放電才能和循環安穩性也比較好。而二氧化鈦納米帶在較低的充放電電流密度下體現出了杰出的可逆容量和循環安穩性。循環伏安法研討標明，二氧化鈦納米管電極資料一起存在兩種嵌鋰動力學機制，一種是受Li離子擴散操控的動力學歷程，一種是贗電容法拉策劃力學過積。

二氧化鈦（CY-T30D/TA30D）概述

二氧化鈦(TiO2)，有時也被稱為鈦白粉或鈦顏料，其作為一種重要的寬禁帶半導體資料，在光催化、太陽能電池、鋰離子電池和氣體傳感器等范疇具有寬廣的運用遠景。因在光催化、太陽能轉化、傳感器及介孔膜等范疇的廣泛運用而成為研討最多的氧化物之一。

一般狀況下，因為板鈦礦相為亞穩相，比較罕見，因而，現在制備的二氧化鈦（CY-T30D/TA30D）首要是銳鈦礦型和金紅石型，其間熱安穩性最高的是金紅石型二氧化鈦（CY-T30D/TA30D）。在自然界中低溫低壓的環境下能構成板鈦礦，而跟著溫度與壓力的添加則依序構成銳鈦礦以及金紅石，其間最為安穩結構即為金紅石結構。一般狀況下當溫度達650℃時板鈦礦相改動為銳鈦礦，而溫度繼續升高至915℃銳鈦礦則相改動成為金紅石，但是實際上的相改動溫度會隨資料之巨細與內含的雜質的含量與品種而改動，例如，在納米級的TiO2中，由銳鈦礦轉變成金紅石的溫度乃至可以下降至600℃以下。

因為金紅石型的結構特性，使它對紫外線有杰出的屏蔽效果，作為杰出的紫外線吸收劑，現已被用作防紫外線資料。而銳鈦礦型的與金紅石型的二氧化鈦（CY-T30D/TA30D）比較，銳鈦礦型的禁帶寬度更寬，因而銳鈦礦型的二氧化鈦（CY-T30D/TA30D），特別是當尺度到達納米等級時，其光催化活性杰出，是一種具有寬廣運用遠景的安全、無污染的光催化資料。

鋰離子電池原理

在鋰二次電池的根底之上敏捷發展起來的鋰離子電池，其負極資料一般選用嵌鋰碳資料，正極資料一般用過渡金屬氧化物，含有鋰鹽的有機混合溶液作為電解液，通TiO2具有多種晶相結構，作為嵌鋰資料的研討首要會集在銳鈦礦和金紅石。一般以為，銳鈦礦的電化學嵌鋰活性比較強。關于銳鈦礦TiO2的嵌鋰系數x一般不大于0.5。

鋰是地球上最輕的金屬，一起它也是規范電極電位最負、電化學當量最小的金屬

，而這些特性賦予其一個優異的特性，使其成為高比能量的電極資料。但因為金屬鋰電極外表不是太均勻，用其作為電極資料會存在的安全問題，鋰在充電的歷程中，電極外表的電位也會散布不均勻，這樣就會構成鋰的不均勻沉積。不均勻沉積發生的枝晶會穿透隔閡引起電池短路，成果使電池的電流過大，電池內部有很多的熱生成，就會使電池焚燒，嚴峻的則有或許發生爆炸，使其一度停滯。

鋰離子電池特色

鋰離子電池一般選用碳資料作為鋰電池的負極，高電位的嵌鋰化合物作為鋰電池的正極，含鋰鹽的有機溶劑作為鋰電池的電解液。與別的一些二次電池比較，因為鋰離子電池具有這些電池所不具有的長處被人們用在了許多范疇，體現出了杰出的優越性，首要有以下特色開路電壓高:單體電池電壓達3.6-3.8V，是Ni/Cd或Ni/MH電池的3倍;(2)能量密度高:與現在運用最為廣泛的鎳鎘電池比較，鋰電池的能量密度是最高的;(3)杰出的安全功能，較長的循環壽數，可以到達千次以上。因為鋰電池中不含有金屬鋰，只含有比金屬鋰安穩的嵌鋰化合物;此外，鋰電池在放電歷程(嵌鋰歷程)中，Li離子是嵌入進負極嵌鋰化合物資料的晶格之中，這樣就可以避免鋰構成枝晶，使得電池的安全性得到大大進步，電池的循環壽數也得到了顯著的進步;(4)自放電率小:在室溫條件下，鋰電池的月自放電率不到12%。初次充電歷程中，鋰離子電池會在碳負極的電極外表構成一層固體電解質膜[59]，構成的這層膜能使離子經過但不能使電子經過，這樣就可以有效地避免自放電;(5)沒有回憶效應，與鎳氫、鎳鎘電池不同，鋰離子電池不存在回憶效應;(6)清潔、無污染:鋰電池是一個安全無污染的電池系統，鋰電池電極和電解液中沒有鎘、汞和鉛這些有毒物質。

本章首要對由組成出的二氧化鈦（CY-T30D/TA30D）納米資料的鋰離子電池功能進行了研討，并對二氧化鈦納米管的嵌鋰機理進行了剖析。

經過恒流充放電測驗，制備出的二氧化鈦納米管具有很高的可逆嵌鋰容量和杰出的循環安穩性，其初次充放電容量可以到達590mAh/g。在30mA/g的充放電電流密度下，二氧化鈦納米管的可逆嵌鋰量到達了LioaTO，遠遠高干一般二氧化鈦（CY-T30D/TA30D）粉體的嵌鋰量。循環伏安測驗標明，二氧化鈦納米管儲鋰的歷程存在有兩種方法，一種是受Li離子擴散操控的動力學歷程，一種是贗電容法拉第動力學歷程。不同酸處理時刻和煅燒溫度都影響二氧化鈦納米管的鋰離子電池功能，在400℃的煅燒溫度下，酸處理10h的樣品的嵌鋰容量最高，而在500℃的煅燒溫度下，酸處理時刻對其嵌鋰容量的影響不大。研討標明，在400℃下煅燒的樣品的嵌鋰容量要高于在500℃下煅燒的樣品。經過與XRD表征比照咱們發現，充放電容量大的樣品含有TiO2(B)相，而TiO2(B)相的存在可以進步二氧化鈦納米管的嵌鋰容量。而關于二氧化鈦納米帶，其鋰離子電池功能顯著比納米管的功能差。在30mA/g的充放電電流密度下，二氧化鈦納米帶的可逆嵌鋰量為Lio62TiO2，其充放電容量跟著充放電電流的增大而急劇下降，當電流密度為240mA/g時，納米帶的嵌鋰量簡直為0。

選用超聲-水熱法制備出了二氧化鈦（CY-T30D/TA30D）納米管和納米帶。經過操控反響條件，得到不同描摹的產品。首先以微米級的鈦粉為鈦源組成出二氧化鈦納米管和納米帶，其次研討了不同酸處理時刻和煅燒溫度對二氧化鈦（CY-T30D/TA30D）納米資料描摹及晶體結構的影響，經過恒流充放電測驗和循環伏安法研討了不同反響條件對二氧化鈦納米管和納米帶電極功能的影響。本論文的首要試驗成果及定論如下:

1 選用水熱組成法在不同的填充度下制備出鈦酸鈉納米管和納米帶，當填充度為80%時得到的是鈦酸鈉納米管，而當填充度為72%時得到的是鈦酸鈉納米帶。以鈦酸鈉納米管和納米帶為模板經過酸處理制備了鈦酸納米管和納米帶。酸處理對納米管描摹影響不大，不同酸處理時刻的鈦酸納米管都堅持了本來鈦酸鈉納米管的描摹。納米帶在酸處理歷程中發生了劈裂和開裂，使其描摹不太均一，且顯的較為雜亂。

2、以鈦酸納米管和納米帶為模板經過高溫煅燒得到了二氧化鈦（CY-T30D/TA30D）納米管和納米帶。XRD表征發現，在400℃下煅燒不同酸處理時刻的鈦酸后得到的納米管是由銳鈦礦相和TiO2（CY-T30D/TA30D）(B)相組成的，納米帶只含有銳鈦礦相。在500℃下煅燒的樣品中，酸處理時刻較短的納米管是由銳鈦礦相和TiO2（CY-T30D/TA30D）(B)相組成的，酸處理時刻較長的納米管只含有銳鈦礦相，納米帶也只含有銳鈦礦相。

3、制備的二氧化鈦（CY-T30D/TA30D）納米管作為電化學嵌鋰資料體現出了大容量 高倍率充放電才能和杰出的循環安穩性，經過電化學測驗成果剖析可知，在400℃下得到的二氧化鈦（CY-T30D/TA30D）納米管具有杰出的鋰離子電池功能，是因為二氧化鈦（CY-T30D/TA30D）納米管儲鋰的歷程存在有兩種方法，一種是受Li離子擴散操控的動力學歷程，一種是贗電容法拉第動力學歷程。而納米帶在較低的充放電電流密度下，其充放電容量僅為210mAh/g，在低的充放電電流密度下，二氧化鈦（CY-T30D/TA30D）納米帶體現出了較高的充放電容量和杰出的循環功能。