Ti-O基负极材料的制备及其储锂性能研究.pdf

摘要

全球变暖问题目前正威胁着我们的生态系统，为此开发可再生清洁能源来取代化石

能源迫在眉睫。但如太阳能、风能和海洋能等新型能源来源不够稳定，极易受到天气和

地域的限制，不可控因素太多。人们需要储能系统来对能源实现高效的存储和利用，而

如何高效的储存能源，这离不开储能器件的发展。在众多的储能器件中，锂离子电池因

具有高能量密度和长寿命等优点，引起了人们的较多关注。

在众多的锂离子电池负极材料中，钛基氧化物因其成本低、毒性小、制备简单、安

全性高等优点而备受青睐。但其自身存在的导电性低和扩散动力学差等问题，限制了其

应用与发展。目前，纳米化策略和复合策略是有效提高钛基氧化物电化学性能的较为常

用的策略。

本文利用简单的水热法和热处理合成具有不同纳米结构的钛基氧化物纳米材料，通

过与还原氧化石墨烯（rGO）复合，提高其导电性和离子迁移率，获得了具有高倍率和

优异循环性能的锂离子电池负极材料。具体结果如下：

（1）以锐钛矿TiO2为钛源，KOH为碱源，通过简单易操作的水热法合成了一维

HTiO纳米线，探究了它的形貌特征、物相组成和电化学性能。然后通过水热法将

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HTiO和rGO进行复合，还原获得2D/1D的rGO/HTiO复合材料。研究表明，HTiO

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和rGO/HTiO都有较大的比表面积，分别为277.260m/g和290.112m/g。在0.2A/g

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的测试条件下，循环800次，rGO/HTiO的可逆容量依然保持在206.0mAhg-1，优于

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-1

HTiO的125.7mAhg。rGO/HTiO优异的储锂性能可归因为两个方面：1）一维纳

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米线结构具有较高的比表面积可以有效的提高电极/电解质的接触面积，有利于缩短Li+

的传输路径；2）rGO的引入提高了rGO/HTiO的导电性，使得材料表现出优异的电化

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学性能。

（2）以HTiO为前驱体，自还原制备TiO纳米片。在高压的条件下，HTiO纳

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米线发生断裂，断裂成长度为20-30nm，宽度为10-15nm的类四边形纳米片结构。同

时为进一步提高材料的导电性，在自还原过程中引入rGO，最终获得rGO/TiO2纳米片

复合材料。电化学性能测试表明，rGO/TiO2展现出优异的倍率性能以及从大电流转换为

小电流情况下的良好容量恢复性。在电压区间为0.01-3V，0.2A/g的恒电流条件下，循

环800次后，rGO/TiO2的放电比容量为236.5mAhg-1，容量保持率为94.2%；而单独

TiO2的比容量从318.8mAhg-1降为56.7mAhg-1。rGO/TiO2优异的电化学性能可以归因

+

为其独特的结构：1）由自还原工艺制备的TiO2纳米片尺寸更小，缩短了Li的扩散距

+

离；2）TiO2锚定堆叠在rGO片上，保证了材料在Li插入/脱嵌过程的结构稳定性；3）

rGO的复合提高了材料的导电性，从而增强了材料的循环寿命和倍率性能。

（