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毕业论文-钛氧化物的制备和电性能研究，共63页，31190字
中文摘要
随着信息化社会的不断扩大和环境及能源危机的出现，能源储存与转换效率
问题变得越来越重要。在各种能源转换系统中，化学电源具有最高的能量转换效
率而得以广泛应用。其中锂离子电池能量密度大，但循环寿命较短、功率密度较
低。超级电容器功率密度高、循环寿命长，但工作电压低、能量密度低。非对称
混合电池综合了这两种储能机理，一个电极使用电池电极材料，另一个电极使用
电容器电极材料，有望实现两种储能方式性能互补，得到高容量密度、高功率密
度、循环寿命长、工作电压高的电池，以应用于电动汽车、家用电器、航天航空
设施等较大型电子产品领域。
本文主要研究了以强碱水热法制备钛酸、钛酸锂纳米管和以水解法制备偏钛
酸的工艺条件和产物的特性。并以钛酸纳米管、钛酸锂纳米管和偏钛酸纳米颗粒
为活性物质，以 1M 的 LiPF6 溶液（溶剂为体积比 1:1 的 EC:DMC）为电解液，
以金属锂片为负极，组装了锂离子电池，通过恒流充放电测试、循环伏安法、交
流阻抗法等手段测试钛酸锂纳米管的充放电特性、电化学嵌锂机理等性能。
采用纳米管结构作为电池的电极材料，电解液填充在纳米管的孔道和间隙中，
锂离子的扩散被限制在纳米管壁上，减小了扩散距离，提高了快速充放电能力；
同时纳米管具有非常大的比表面积，提高了电解质与活性物质的接触面积，可以
改善锂离子在电极与电解液之间的传质特性，从而改善电极的动力学特性。此外，
钛酸纳米管的开放式层状管壁结构、尖晶石钛酸锂的“零应变”特性都有利于提
高电池的性能。对于纳米级偏钛酸的研究尚处于起步阶段，但是其纳米结构和非
晶态成分对于提高电池的快速充放电能力和循环稳定性都有着重要的作用。
关键词：钛酸；钛酸锂；纳米管；偏钛酸；电化学性能

目录
第 1 章 引 言 ..1
1.1 选题背景和意义 ..1
1.2 钛氧化物的结构、性质及应用 ....3
1.3 钛氧化物常用的合成方法 .....5
1.3.1 强碱水热法 .....5
1.3.2 高温固相法 .....5
1.3.3 高温球磨法 .....6
1.3.4 多孔膜模板法 .6
1.4 钛氧化物的研究进展 .7
1.4.1 钛氧化物的电化学嵌锂性能 ...7
1.4.2 钛氧化物作电极的锂离子电池研究现状 ..8
1.4.3 钛氧化物作负极的混合电池研究现状 9
1.5 本文的选题思路 ..9
第 2 章 实验原料及实验方法 11
2.1 实验原料 .....11
2.2 材料的制备流程 11
2.3 材料的形貌和相结构表征 ...12
2.3.1 透射电子显微镜和高分辨透射电子显微镜 ..12
2.3.2 扫描电子显微镜 .13
2.3.3 X 射线衍射分析 ...13
2.3.4 BET 比表面积 13
2.3.5 差热 -热重分析 ....13
2.4 电化学性能测试 14
2.4.1 电极膜片的制作 .14
2.4.2 测试电池的制作 .14
2.4.3 恒流充放电测试 .14
2.4.4 循环伏安法 ...16
2.4.5 交流阻抗法 ...17
第 3 章 钛酸 /钛酸锂纳米管和纳米级偏钛酸的制备及表征 ..19
3.1 制备方法 .....19
3.2 钛酸纳米管的表征 ..19
3.2.1 钛酸纳米管的 TEM、 HRTEM 和 SEM 表征 .19
3.2.2 钛酸纳米管的 XRD 表征 20
3.2.3 钛酸纳米管的 BET 比表面积 .....21
3.2.4 钛酸纳米管的形成机理 ..21
3.3 钛酸锂纳米管的表征 .....23
3.3.1 钛酸锂纳米管的 TEM、 HRTEM 和 SEM 表征 ...23
3.3.2 钛酸锂纳米管的 XRD 表征 ..24
3.3.3 钛酸锂纳米管的 BET 比表面积 ..25
3.3.4 钛酸纳米管的差热 -热重分析 25
3.3.5 钛酸锂纳米管的形成机理 .....26
3.4 纳米级偏钛酸的表征 .....26
3.4.1 纳米级偏钛酸的 TEM、 HRTEM 和 SEM 表征 ...26
3.4.2 纳米级偏钛酸的 XRD 表征 ..28
3.4.3 纳米级偏钛酸的 BET 比表面积 ..29
3.4.4 纳米级偏钛酸的差热 -热重分析 ..29
3.5 本章小结 .....30
第 4 章 钛酸 /钛酸锂纳米管和纳米级偏钛酸的电化学性能测试 32
4.1 电极膜片和电池的制备方法 .....32
4.2 钛酸纳米管的电化学性能测试 ..32
4.2.1 钛酸纳米管电极的恒流充放电性能 ..32
4.2.2 钛酸纳米管电极储锂动力学研究 —循环伏安法 .33
4.2.3 钛酸纳米管电极的交流阻抗分析 .....34
4.3 钛酸锂纳米管的电化学性能测试 ....36
4.3.1 钛酸锂纳米管电极的恒流充放电性能 ....36
4.3.2 钛酸锂纳米管电极储锂动力学研究 —循环伏安法 ...37
4.3.3 钛酸锂纳米管电极的交流阻抗分析 ..38
4.4 纳米级偏钛酸的电化学性能测试 ....39
4.4.1 纳米级偏钛酸电极的恒流充放电性能 ....39
4.4.2 纳米级偏钛酸电极储锂动力学研究 —循环伏安法 ...40
4.4.3 纳米级偏钛酸电极的交流阻抗分析 ..41
4.5 本章小结 .....43
第 5 章 结 论 44
插图索引 ...45
表格索引 ...47
参考文献 ...48
致 谢 ...51
声 明 ...52
附录 A 外文资料的调研阅读报告（或书面翻译） ....53