【摘 要】
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近年来,伴随着化石能源污染的加剧与国家的扶持政策,新能源行业得到了空前的快速发展。然而随着锂离子电池的广泛运用,锂资源已逐渐无法满足社会大规模储能设备的应用,因此寻找合适的取代锂离子电池的新型能源电池成为了未来能源领域的研究热点。钠与锂处于元素周期表同一族,因此元素性能相似,而且钠资源相比较锂资源储量更丰富、分布更广泛均匀,具备明显的成本优势。由于钠离子半径要大于锂离子半径,因此传统的锂离子电池负
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近年来,伴随着化石能源污染的加剧与国家的扶持政策,新能源行业得到了空前的快速发展。然而随着锂离子电池的广泛运用,锂资源已逐渐无法满足社会大规模储能设备的应用,因此寻找合适的取代锂离子电池的新型能源电池成为了未来能源领域的研究热点。钠与锂处于元素周期表同一族,因此元素性能相似,而且钠资源相比较锂资源储量更丰富、分布更广泛均匀,具备明显的成本优势。由于钠离子半径要大于锂离子半径,因此传统的锂离子电池负极材料石墨无法适用于钠离子电池,寻找合适的负极材料是加快钠离子电池商业化进程的步骤。目前研究较多的钠离子电池负极材料主要分为碳基类材料、合金类材料与钛基类材料,而其中的TiO2负极材料由于其低成本、稳定的循环性能以及充放电过程中极低的体积膨胀率等优势可作为最有前途的钠离子电池负极材料之一。然而TiO2较低的理论比容量(335 m Ah·g-1)与较差的导电性能限制了其在负极材料中的进一步发展,本文通过将TiO2材料纳米化、原子掺杂等方式提高其电化学性能,并研究了不同煅烧温度对材料的结构、形貌与电化学性能的影响。首先通过水热法与离子交换法制备了（锐钛相/青铜相）双相二氧化钛异质结（TiO2（A/B））,XRD与Raman研究表明合成的材料均由锐钛相和青铜相组成,并随着温度的上升,锐钛相所占的比例也逐渐增加,SEM与TEM研究表明合成的材料均为粒径50-150 nm的纳米针状结构。材料在300°C时表现出了最佳的电化学性能,在200 m A·g-1的电流密度下循环500圈后呈现出108 m Ah·g-1的放电比容量,即使在2000 m A·g-1的大电流密度下循环2000圈后仍拥有92.5 m Ah·g-1的放电比容量。在前一章的基础上通过气体磷化法在TiO2（A/B）-300°C材料表面覆P以制备TiO2（A/B）-300°C-P材料,XRD、SEM、TEM研究表明气体磷化法对材料的结构没有明显的影响,XPS与EDS研究表明TiO2（A/B）-300°C-P材料中明显含有P的存在。测试结果表明TiO2（A/B）-300°C-P材料的电化学性能相比较于TiO2（A/B）-300°C材料有了进一步的提升。在200 m A·g-1倍率下循环200圈保持144.2 m Ah·g-1的放电比容量,在2000 m A·g-1大倍率下循环1000圈后仍有108.9 m Ah·g-1的放电比容量,并且在低倍率下容量增长的优势更加明显,表明P原子的掺杂可以调制材料的电子结构以及增强表面活性,明显提高了材料的储钠性能。通过简单安全的碱性煮沸处理与酸洗来制备TiO2与钛酸氢盐（T0）,XRD与Ra man研究表明300°C时为锐钛相TiO2与钛酸氢盐双相共存,SEM研究表明T0材料均由栗子状绒球/微球聚合而成。材料在300°C表现出了最优的电化学性能,在100m A·g-1的电流密度下循环200圈后表现出了157.8 m Ah·g-1的放电比容量,在2000m A·g-1的大电流密度下循环1000圈后仍有104.1 m Ah·g-1的放电比容量。
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