二氧化钛纳米资料组成及锂离子电池功能研讨
二氧化钛（CY-T30D/TA30D）作为一种重要的无机半导体资料，具有共同的物理化学功能。近年来，二氧化钛（CY-T30D/TA30D）被广泛运用于锂离子电池、太阳能电池、光催化、气体传感器等许多范畴。二氧化钛（CY-T30D/TA30D）纳米资料作为锂离子电池负极资料，具有较高的理论比容量(335mAh/g) 循环功能好、嵌锂电位高级特色。与传统的二氧化钛（CY-T30D/TA30D）电极资料比较，二氧化钛纳米资料具有更为优异的电化学功能。
本论文是以微米级的钛粉作为钛源，选用水热法制备出二氧化钛（CY-T30D/TA30D）纳米资料。经过操控反响条件制备出二氧化钛（CY-T30D/TA30D）纳米管和纳米带。随后，咱们对制备的二氧化钛纳米管和纳米带的锂离子电池功能进行了研讨。本研讨的首要有以下几方面:
1经过操控水热反响的条件，别离制备出了外径约为10nm，内径约是5nm的钛酸钠纳米管和宽为90-100nm的钛酸钠纳米带。钛酸钠纳米管和纳米带经酸处理得到相应描摹的钛酸纳米管和纳米带，然后再经高温热处理得到相应描摹的二氧化钛（CY-T30D/TA30D）纳米管和纳米带。500℃下热处理得到的是锐钛矿相二氧化钛（CY-T30D/TA30D），而在400℃下热处理得到的锐钛矿相二氧化钛（CY-T30D/TA30D）中还含有TiO2(B)相。
2、选用恒流充放电研讨了二氧化钛（CY-T30D/TA30D）纳米管和纳米带的锂离子电池功能。研讨标明，二氧化钛（CY-T30D/TA30D）纳米管在30mA/g的充放电电流密度下，其初次充放电容量别离到达了298 mAh/g、590mAh/g。在不同充放电电流密度下，二氧化钛纳米管也体现出杰出充放电才能和循环安稳性。在充放电电流密度为30mA/g、60mA/g、120mA/g、240mA/g、480mA/g、960mA/g的充放电电流密度下，充放电容量别离可以到达275mAh/g、230mAh/g、200mAh/g 187mAh/g、165mAh/g140mAh/g。二氧化钛的高倍率充放电才能和循环安稳性也比较好。而二氧化钛纳米带在较低的充放电电流密度下体现出了杰出的可逆容量和循环安稳性。循环伏安法研讨标明，二氧化钛纳米管电极资料一起存在两种嵌锂动力学机制，一种是受Li离子扩散操控的动力学历程，一种是赝电容法拉策划力学过积。
二氧化钛（CY-T30D/TA30D）概述
二氧化钛(TiO2)，有时也被称为钛白粉或钛颜料，其作为一种重要的宽禁带半导体资料，在光催化、太阳能电池、锂离子电池和气体传感器等范畴具有宽广的运用远景。因在光催化、太阳能转化、传感器及介孔膜等范畴的广泛运用而成为研讨最多的氧化物之一。
一般状况下，因为板钛矿相为亚稳相，比较罕见，因而，现在制备的二氧化钛（CY-T30D/TA30D）首要是锐钛矿型和金红石型，其间热安稳性最高的是金红石型二氧化钛（CY-T30D/TA30D）。在自然界中低温低压的环境下能构成板钛矿，而跟着温度与压力的添加则依序构成锐钛矿以及金红石，其间最为安稳结构即为金红石结构。一般状况下当温度达650℃时板钛矿相改动为锐钛矿，而温度继续升高至915℃锐钛矿则相改动成为金红石，但是实际上的相改动温度会随资料之巨细与内含的杂质的含量与品种而改动，例如，在纳米级的TiO2中，由锐钛矿转变成金红石的温度乃至可以下降至600℃以下。
因为金红石型的结构特性，使它对紫外线有杰出的屏蔽效果，作为杰出的紫外线吸收剂，现已被用作防紫外线资料。而锐钛矿型的与金红石型的二氧化钛（CY-T30D/TA30D）比较，锐钛矿型的禁带宽度更宽，因而锐钛矿型的二氧化钛（CY-T30D/TA30D），特别是当尺度到达纳米等级时，其光催化活性杰出，是一种具有宽广运用远景的安全、无污染的光催化资料。
锂离子电池原理
在锂二次电池的根底之上敏捷发展起来的锂离子电池，其负极资料一般选用嵌锂碳资料，正极资料一般用过渡金属氧化物，含有锂盐的有机混合溶液作为电解液，通TiO2具有多种晶相结构，作为嵌锂资料的研讨首要会集在锐钛矿和金红石。一般以为，锐钛矿的电化学嵌锂活性比较强。关于锐钛矿TiO2的嵌锂系数x一般不大于0.5。
锂是地球上最轻的金属，一起它也是规范电极电位最负、电化学当量最小的金属
，而这些特性赋予其一个优异的特性，使其成为高比能量的电极资料。但因为金属锂电极外表不是太均匀，用其作为电极资料会存在的安全问题，锂在充电的历程中，电极外表的电位也会散布不均匀，这样就会构成锂的不均匀沉积。不均匀沉积发生的枝晶会穿透隔阂引起电池短路，成果使电池的电流过大，电池内部有很多的热生成，就会使电池焚烧，严峻的则有或许发生爆炸，使其一度停滞。
锂离子电池特色
锂离子电池一般选用碳资料作为锂电池的负极，高电位的嵌锂化合物作为锂电池的正极，含锂盐的有机溶剂作为锂电池的电解液。与别的一些二次电池比较，因为锂离子电池具有这些电池所不具有的长处被人们用在了许多范畴，体现出了杰出的优越性，首要有以下特色开路电压高:单体电池电压达3.6-3.8V，是Ni/Cd或Ni/MH电池的3倍;(2)能量密度高:与现在运用最为广泛的镍镉电池比较，锂电池的能量密度是最高的;(3)杰出的安全功能，较长的循环寿数，可以到达千次以上。因为锂电池中不含有金属锂，只含有比金属锂安稳的嵌锂化合物;此外，锂电池在放电历程(嵌锂历程)中，Li离子是嵌入进负极嵌锂化合物资料的晶格之中，这样就可以避免锂构成枝晶，使得电池的安全性得到大大进步，电池的循环寿数也得到了显着的进步;(4)自放电率小:在室温条件下，锂电池的月自放电率不到12%。初次充电历程中，锂离子电池会在碳负极的电极外表构成一层固体电解质膜[59]，构成的这层膜能使离子经过但不能使电子经过，这样就可以有效地避免自放电;(5)没有回忆效应，与镍氢、镍镉电池不同，锂离子电池不存在回忆效应;(6)清洁、无污染:锂电池是一个安全无污染的电池系统，锂电池电极和电解液中没有镉、汞和铅这些有毒物质。
本章首要对由组成出的二氧化钛（CY-T30D/TA30D）纳米资料的锂离子电池功能进行了研讨，并对二氧化钛纳米管的嵌锂机理进行了剖析。
经过恒流充放电测验，制备出的二氧化钛纳米管具有很高的可逆嵌锂容量和杰出的循环安稳性，其初次充放电容量可以到达590mAh/g。在30mA/g的充放电电流密度下，二氧化钛纳米管的可逆嵌锂量到达了LioaTO，远远高干一般二氧化钛（CY-T30D/TA30D）粉体的嵌锂量。循环伏安测验标明，二氧化钛纳米管储锂的历程存在有两种方法，一种是受Li离子扩散操控的动力学历程，一种是赝电容法拉第动力学历程。不同酸处理时刻和煅烧温度都影响二氧化钛纳米管的锂离子电池功能，在400℃的煅烧温度下，酸处理10h的样品的嵌锂容量最高，而在500℃的煅烧温度下，酸处理时刻对其嵌锂容量的影响不大。研讨标明，在400℃下煅烧的样品的嵌锂容量要高于在500℃下煅烧的样品。经过与XRD表征比照咱们发现，充放电容量大的样品含有TiO2(B)相，而TiO2(B)相的存在可以进步二氧化钛纳米管的嵌锂容量。而关于二氧化钛纳米带，其锂离子电池功能显着比纳米管的功能差。在30mA/g的充放电电流密度下，二氧化钛纳米带的可逆嵌锂量为Lio62TiO2，其充放电容量跟着充放电电流的增大而急剧下降，当电流密度为240mA/g时，纳米带的嵌锂量简直为0。
选用超声-水热法制备出了二氧化钛（CY-T30D/TA30D）纳米管和纳米带。经过操控反响条件，得到不同描摹的产品。首先以微米级的钛粉为钛源组成出二氧化钛纳米管和纳米带，其次研讨了不同酸处理时刻和煅烧温度对二氧化钛（CY-T30D/TA30D）纳米资料描摹及晶体结构的影响，经过恒流充放电测验和循环伏安法研讨了不同反响条件对二氧化钛纳米管和纳米带电极功能的影响。本论文的首要试验成果及定论如下:
1 选用水热组成法在不同的填充度下制备出钛酸钠纳米管和纳米带，当填充度为80%时得到的是钛酸钠纳米管，而当填充度为72%时得到的是钛酸钠纳米带。以钛酸钠纳米管和纳米带为模板经过酸处理制备了钛酸纳米管和纳米带。酸处理对纳米管描摹影响不大，不同酸处理时刻的钛酸纳米管都坚持了本来钛酸钠纳米管的描摹。纳米带在酸处理历程中发生了劈裂和开裂，使其描摹不太均一，且显的较为杂乱。
2、以钛酸纳米管和纳米带为模板经过高温煅烧得到了二氧化钛（CY-T30D/TA30D）纳米管和纳米带。XRD表征发现，在400℃下煅烧不同酸处理时刻的钛酸后得到的纳米管是由锐钛矿相和TiO2（CY-T30D/TA30D）(B)相组成的，纳米带只含有锐钛矿相。在500℃下煅烧的样品中，酸处理时刻较短的纳米管是由锐钛矿相和TiO2（CY-T30D/TA30D）(B)相组成的，酸处理时刻较长的纳米管只含有锐钛矿相，纳米带也只含有锐钛矿相。
3、制备的二氧化钛（CY-T30D/TA30D）纳米管作为电化学嵌锂资料体现出了大容量 高倍率充放电才能和杰出的循环安稳性，经过电化学测验成果剖析可知，在400℃下得到的二氧化钛（CY-T30D/TA30D）纳米管具有杰出的锂离子电池功能，是因为二氧化钛（CY-T30D/TA30D）纳米管储锂的历程存在有两种方法，一种是受Li离子扩散操控的动力学历程，一种是赝电容法拉第动力学历程。而纳米带在较低的充放电电流密度下，其充放电容量仅为210mAh/g，在低的充放电电流密度下，二氧化钛（CY-T30D/TA30D）纳米带体现出了较高的充放电容量和杰出的循环功能。