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摘要通过水热反应、离子交换及之后的加热过程，直接在钛箔基片上制备了H2Ti2O5薄膜，薄膜是由纳米片在空间有序排列形成的三文纳米阵列结构。将其用于锂离子电池负极，与TiO2 P25粉末标准样相比，H2Ti2O5三文纳米电极表现出优秀的循环性能与倍率性能，首次放电容量高达308 mAh•g-1，50个充放电循环后的容量保持率为82%（252 mAh•g-1），在1600 mA•g-1的大电流密度下还能平稳的工作（放电容量147 mAh•g-1）且库仑效率达100%。这些结果表明，基于三文纳米结构的电极用于薄膜电池具有良好的循环及倍率性能。22880
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关键词 H2Ti2O5；纳米片；三文电极；薄膜电池
毕业设计说明书（毕业论文）外文摘要
Title Study on the fabrication and the electrochemical performances of three-dimensional nanostructureed electrodes for thin-film batteries
Abstract
Through the hydrothermal reaction,ion exchange and the heating process ,the H2Ti2O5 thin film was directly prepared on the titanium foil substrate.The structure of the thin film is three-dimensional array formed by nanosheets of orderly arrangement. When used as anode materials for lithium ion batteries, compared with the TiO2 P25 standard powder sample , the three-dimensional nanostructured H2Ti2O5 electrode exhibits an excellent cycle and rate properities.The intial discharge capacity reaches a capacityof 308 mAh g-1，and the capacity stays at a rate of 82% (252 mAh g-1) after 50th cycle. The cell can also work smoothly under a high current density of 1600mA g-1 (discharge capacity of 147 mAh g-1)with the coulomb efficiency up to 100%. These results show that the three dimensional nanostructured electrode used for thin film batteries has a good cycle and rate performance.
Keywords H2Ti2O5 ,Nanosheets,3D electrodes,Thin film batteries
目录
1 绪论 1
1.1本课题研究内容 1
1.2薄膜锂离子电池简介 2
1.3基于二氧化钛的三文纳米结构负极材料用于薄膜锂离子电池 4
2 实验部分 6
2.1实验材料及仪器 6
2.2样品的制备 7
2.3样品的表征 7
2.4电化学性能测试 8
3 实验结果与讨论 11
3.1 物相分析 11
3.2形貌结构分析 15
3.3电化学测试分析 17
结 论 22
致谢 23
参考文献24
1 绪论
1.1本课题研究内容
随着全球能源危机和环境问题的不断加剧，人们开始将目光转移到开发新型洁净的二次可再生能源上。锂离子电池因具有高的单体电池电压、较低的自放电率、无记忆效应以及较长的使用寿命、高的比能量、无污染、使用安全可靠等优点[1]，被认为是最有应用前景的二次电池之一。近年来，锂离子电池在能源及电子领域得到了巨大的发展，与此同时，随着智能卡、MEMS（微机电系统）以及传感器等电子器件微型化的发展，相应的对相关的电源提出了特殊的要求，小体积、低重量、高比容量的微型致密电源成为MEMS独立器件发展的瓶颈[2]。薄膜锂离子电池不仅在电池形状的模式化、厚重上相比于传统电池有了很大的改变，还具有超薄、可弯曲、微型、高安全性、能量密度高、寿命长等新的特点[3]，因而薄膜锂离子电池在微型电池的应用上具有极大的前景。
决定锂离子电池性能好坏的关键是所使用的电极材料的好坏，获得拥有优良性能的电极材料是目前薄膜锂离子电池发展的主要目标。三文纳米结构电极的研究与开发成为薄膜锂离子电池领域的一个新的着眼点，相比于传统的平面电极，它具有更高的机械结构稳定性、更大的比表面积、 更强离子扩散能力及电子导电性，可以大大提高锂离子电池的循环稳定性与倍率性能，是一种极为理想的薄膜锂离子电池电极[4]。在众多的锂离子电池电极材料中，TiO2因成本低、产量丰富、不污染环境，具有较高的嵌锂电位(1.5～1.8 V)而安全性高以及在充放电过程中的结构稳定性高、体积变化小等特点，已经成为一种研究广泛的锂离子电池负极材料[5]。然而TiO2由于电导率较差以及锂离子扩散缓慢，在高电流密度下充放电易产生极化，表现出较差的倍率性能。本文通过在二氧化钛中引入水分子产生氢化获得H2Ti2O5从而大大提高其导电性，并通过三文纳米结构的设计，可以获得循环性能、倍率性能优良的薄膜材料用于薄膜锂离子电池负极。
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