多层次结构金属氧化物纳米材料的溶剂热合成及在锂离子电池中的应用-物理化学专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 独 创 性 声 明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得宁波大学或其他 教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 签名： 日期： 关于论文使用授权的声明 本人完全了解宁波大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 （必威体育官网网址的论文在解密后应遵循此规定） 签名： 导师签名： 日期： 宁波 宁波大学硕士学位论文 多层次结构金属氧化物纳米材料的溶剂热合成及在锂离子电池中 的应用 摘 要 锂离子电池因为比容量高、工作电压高、能量密度大、污染小等优点已经被广泛应用 在可携带式电子设备、混合动力汽车、以及电动汽车等领域。目前商用的锂离子电池主要 采用石墨作为负极材料。但石墨由于嵌锂电位较低，容易产生锂枝晶而存在较大的安全隐 患；同时石墨电极的比容量较低而无法满足产业发展要求。因此，寻找可替代石墨，具有 更高比容量和能量密度、并且循环稳定、安全性好的新一代负极材料已经成为目前锂离子 电池领域的研究热点之一。与石墨材料相比，二氧化钛因嵌锂电位相对较高而具有优越的 安全稳定性，同时因二氧化钛价格低廉、来源广泛、结构稳定性好、体积应变小等特点， 具有成为下一代锂离子电池负极材料的潜力。但是，由于二氧化钛自身导电性较差、锂离 子传输性能不佳，致使充放电过程中难以实现其理论比容量而限制其在负极材料上的应用。 目前，主要通过将二氧化钛纳米化或与石墨等导电材料复合的方法来改善材料的导电性。 设计二氧化钛/碳纳米多层次复合材料一方面能通过将材料纳米化而缩短锂离子传输路径， 提升传导能力，另一方面碳能够提供导电基质，达到改善二氧化钛自身导电性不足的目的。 在此思路下，本论文的主要研究内容包括： 1. 采用 N, N?-二甲基甲酰胺为溶剂，聚苯乙烯为反应模板和碳源，以四异丙醇钛为二 氧化钛前驱体，在浓盐酸作用下，聚苯乙烯发生相分离原位形成聚苯乙烯胶体粒子，并在 溶剂热的辅助下形成二氧化钛/聚苯乙烯复合微球，通过氩气气氛煅烧，制备得到形貌均一、 可控，多层次结构的二氧化钛/碳复合微球。研究发现，多层次的二氧化钛/碳复合微球具 有很高的振实密度，同时，与纯的二氧化钛微球相比，二氧化钛/碳复合微球的质量比容量、 循环稳定性、倍率性能都有很大的提高。此外，惰性气氛煅烧下所制备的二氧化钛/碳复合 微球可以通过进一步空气气氛退火处理调控其碳含量，从而得到具有不同碳含量的二氧化 钛/碳复合微球。本文对二氧化钛/碳复合微球的形成机理、形貌结构、以及锂电性能进行 了深入系统的研究。此外，作为拓展性研究工作，还进一步研究了二氧化钛/碳复合微球光 照催化产氢性能。 2. 采用 1,4-二氧六环作溶剂，四异丙醇钛作为二氧化钛前驱体，通过改变体系中的浓 盐酸的浓度，在溶剂热条件下，通过无模板法合成纳米颗粒构成的微球，纳米棒和纳米颗 I 粒构成的复合微球，纳米棒构成的微球，纳米棒构成的簇等四种微纳结构。通过空气气氛 煅烧，可得到相应形貌的结晶二氧化钛微纳结构。本论文对无模板法条件下二氧化钛多层 次结构形貌演变机理进行了深入探讨；在此基础上，研究了不同形貌的二氧化钛多层次结 构的锂电性能和光照催化产氢性能；并对结构-性能关联性进行了初步讨论。 关键词：锂离子电池负极材料；二氧化钛；溶剂热；多层次结构；微球; II Solvothermal Synthesis of Hierarchical Metal Oxide Nanomaterials as Li thium-Ion Battery Anodes Abstract Lithium ion battery (LIB) has achieved great commercial success in portable electronic devices, hybrid electric vehicles (HEV), and electric vehicles (EV) due to high specific capacity, high working voltage, outstanding energy density, and environmental benignity. However, graphite, the commercial LIB anode, has a high prope