青铜矿TiO2纳米复合材料的制备及储锂性能研究

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二氧化钛因具有良好的化学稳定性和较高的放电平台(与锂相比约为1.5-1.8 V)能有效防止锂枝晶的形成,使其具有优异的安全性能,是理想的锂离子电池阳极材料之一。但其电导率较低和离子扩散速率较慢等因素严重影响了二氧化钛的实际应用。本文主要采用杂原子掺杂不同形貌的TiO2(B),并通过与导电性优良的MXene材料复合来提高TiO2(B)的电化学性能。通过各种现代分析测试来对材料的物相、结构形貌、微观晶体结构及化学键信息等进行分析与表征。主要研究内容如下:通过水热法制备了Cr、Al、F共掺杂的TiO2(B)/CNTs纳米复合材料,然后再与MXene纳米片复合制备了Cr Al F-TiO2(B)/CNTs/MXene复合材料,研究其作为锂离子电池阳极材料的储锂性能。结果表明,Cr、Al、F共掺杂的TiO2(B)纳米微球并复合5%CNTs和5%MXene所制备的复合材料表现出优异的电化学性能。在室温时,当电流为5.0 A·g-1时,放电比容量达到146.3 m Ah·g-1,经过2000次充放电后,其放电比容量为109.6 m Ah·g-1,容量保持率为73%。通过水热法制备了F、C共掺杂的TiO2(B)纳米管,然后再与MXene纳米片复合制备了F,C-TiO2(B/MXene复合材料,研究其作为锂离子电池阳极材料的电化学性能。结果表明,当Li F的使用量为1%并复合5%的MXene的C-TiO2(B)纳米管其储锂性能较好。在室温时,当电流为5.0 A·g-1时,放电比容量可达167.4 m Ah·g-1。通过水热法制备了I、C共掺杂的TiO2(B)纳米管,然后与MXene纳米片复合制备了I,C-TiO2(B/5MXene复合材料,研究其作为锂离子电池阳极材料的储锂性能。结果表明,当Li I的使用量为10%时,复合材料的电化学性能最好。在室温时,当电流为5.0 A·g-1时,其放电比容量为182.5 m Ah·g-1,经过2000次充放电后,可提供143.5m Ah·g-1的放电比容量,容量保持率为82.0%。即使在10 A·g-1的大电流下进行充放电时,其比容量为145.9 m Ah·g-1。在-20℃的低温环境下,以5.0 A·g-1电流进行充放电时,其放电比容量为82.1 m Ah·g-1,经过3000长循环后,容量保持率为81.4%,展现出优异的电化学性能。
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