摘 要

本文采用简易水热合成方法制备出TiO₂/石墨烯复合材料。材料的相结构和形貌分别通过X射线衍射仪和场发射扫描电子显微镜进行观察。电化学性能通过循环伏安、阻抗测试和恒电流充放电测试进行分析，我们的工作主要考察水热温度对TiO₂/石墨烯复合材料的特性和电化学性能的影响。结果显示160 ℃下水热温度下合成的粉体性能最好，在锂离子的插入和脱出过程中可逆稳定性非常好。在100 mA g⁻¹时初始放电容量为240 mAh g⁻¹，循环50次后，在500 mA g⁻¹时比容量能达到170 mAh g⁻¹，而在4000 mA g⁻¹时也能达到120 mAh g⁻¹。同时，结合其循环测试结果可知，该材料不仅比容量较高，而且稳定性也较好。160^oC -TiO₂/石墨烯阳极展示出大的充放电容量。这些结果说明TiO₂/石墨烯复合材料在高能密度锂离子电池应用中有一定的前景。

关键词：锂离子电池； 石墨烯； TiO₂

Effect of hydrothermal temperature on the structure and electrochemical performance of TiO₂/graphene composites

ABSTRACT

We have prepared of TiO₂/graphene composites by a simple hydrothermal synthesis method. Phase structure and morphology are observed by X-ray diffraction and field emission scanning electron microscopy, respectively. Electrochemical performance is analyzed by cyclic voltammograms, impedance test and constant current charge and discharge test. Our study is focused on the effect of hydrothermal temperature on the structure and electrochemical performance of TiO₂/graphene composites. The results show that electrochemical performance of the synthesized powder at the hydrothermal temperature of 160 ^oC is best. Reversible stability is very good during the process of lithium ion insertion and extraction. The initial discharge capacity is 225 mAh g^-1 at the current density of 100 mA g⁻¹. Specific capacity at 500 mA g⁻¹ and 4000 mA g⁻¹ after cycling 50 times can reach 170 mAh g^-1 and 120 mAh g^-1 , respectively. At the same time, cycling test results show that the TiO₂/graphene composite obtained at the hydrothermal temperature of 160 ^oC has both high specific capacity and good stability. Thus,TiO₂/graphene anode at160^oC shows high charge and discharge capacity. These results demonstrate that 160^oC -TiO₂/graphene composite materials have good prospect in the application of power lithium ion batteries.

Key words: lithium ion batteries; graphene; TiO₂

目 录

1 绪论 1

1.1锂离子电池发展现状 1

1.1.1 前言 1

1.1.2 锂离子电池的结构、工作原理与特点 2

1.2 锂离子电池电极材料简介 5

1.2.1正极材料 5

1.2.1负极材料 6

2 实验部分 9

2.1 化学试剂和实验仪器 9

2.2粉体的制备 11

2.2.1石墨氧化物的合成 11

2.2.2 TiO₂/石墨烯复合物的合成 11

2.3电极的制备 11

2.4粉体的表征 14

2.4.1 XRD 14

2.4.2 Raman 14

2.4.3 SEM 14

2.5电化学性能测试 15

2.5.1循环伏安测试 15

2.5.2阻抗测试 15

2.5.3恒流充放电测试 15

3 实验结果与讨论分析 17

3.1材料表征 17

3.1.1 XRD 17

3.1.2 Raman 17

3.1.3 SEM 19

3.2电化学性能测试 21

3.2.1循环伏安测试 21

3.2.2阻抗测试 23

3.2.3循环性能测试 25

结论 27

致谢 28

参考文献 29

1 绪论

1.1锂离子电池发展现状

1.1.1 前言

在能源紧缺及城市环境污染日益严重的背景下，寻找代替石油的、环保清洁的替代能源，解决城市的大气污染，是目前面临的一个重要的社会问题。而作为新型清洁能源的锂离子电池，越来越受到人们的关注。

近年来，锂离子电池产业取得了突飞猛进的发展，已被应用于电动车及储电系统中。在2008年的世界性金融危机的背景下，各国政府将新能源政策作为扩大内需、振兴经济的重要途径之一。我国亦出台了10城1000辆电动汽车计划，以促进电动汽车产业的发展，目前我国动力锂离子电池状况：