Ti3C2锂离子电池负极材料的改性与电化学性能研究

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随着便携式电子产品和电力设备的快速发展,人们对锂离子电池的性能提出了越来越高的要求。近年来,Ti3C2因具有良好的导电性、柔韧性以及高比表面积等优点,在能量转换与存储领域受到广泛关注。然而,与石墨烯等其他二维层状材料类似,Ti3C2纳米片在电化学反应过程中容易发生堆叠,导致反应活性位点丢失,离子扩散阻抗增大,材料电化学性能降低。因此,为减缓Ti3C2纳米片的堆叠、实现高的性能,对其进行表面改性具有重要的研究意义。论文以Ti3C2锂离子电池负极材料为研究对象,开展了一系列的表面改性工作,主要研究内容如下:(1)以Ti3C2纳米片为基底,利用一步乙醇热法在其表面原位生长粒径约为10 nm的二氧化钛(TiO2)颗粒,制备了TiO2/Ti3C2复合材料。研究结果表明,在50 mA g-1的小电流密度下,该复合材料可提供257.3 mAh g-1的比容量,即使在1 A g-1的大电流密度下,该复合材料经过250次电化学循环充放电后仍可保持141.4 mAh g-1的比容量,且库伦效率维持在100%左右,表明TiO2/Ti3C2复合材料具有良好的循环特性以及结构稳定性。(2)利用四甲基氢氧化铵(TMAOH)对Ti3C2纳米片进行处理,制备了多孔Ti3C2纳米片。在3.000-6.000 mg cm-2的负载范围内,分别对比了多孔Ti3C2和Ti3C2的比容量、循环稳定性以及阻抗等电化学性能。测试结果表明,多孔Ti3C2的综合电化学性能优于未引入孔结构的Ti3C2。(3)利用TMAOH对“手风琴”状Ti3C2进行处理,制备了多孔Ti3C2纳米点材料,为改善多孔Ti3C2纳米点的储锂性能将其与氧化石墨烯(GO)进行复合。研究发现,当多孔Ti3C2纳米点材料与GO以3:1的质量比例复合时可获得最佳的储锂性能。在50 mA g-1的小电流密度下,该复合材料可提供313.47 mAh g-1的比容量,即使在1 A g-1的大电流密度下,该复合材料经过3000次循环充放电后仍可保持97.5 mAh g-1的比容量,且库伦效率维持在100%左右,表明该复合材料具有良好的循环特性以及结构稳定性。
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