【摘 要】
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随着不可再生能源不断消耗,以及全球变暖的环境问题不断加剧,石油动力汽车向电动汽车转型是必然趋势,实现模式转型的当务之急是发展性能出色的锂离子电池（LIBs）。目前,石墨仍是LIBs负极的主要材料,其优点在于成本低、矿藏丰富,加之结构稳定性高以及导电性能较好,但是它也存在一定的不足,比如其理论容量仅能达到372 m A h g-1,无法满足当今社会实际使用需求。在碳负极材料中,以生物质为原料制备的碳
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随着不可再生能源不断消耗,以及全球变暖的环境问题不断加剧,石油动力汽车向电动汽车转型是必然趋势,实现模式转型的当务之急是发展性能出色的锂离子电池（LIBs）。目前,石墨仍是LIBs负极的主要材料,其优点在于成本低、矿藏丰富,加之结构稳定性高以及导电性能较好,但是它也存在一定的不足,比如其理论容量仅能达到372 m A h g-1,无法满足当今社会实际使用需求。在碳负极材料中,以生物质为原料制备的碳材料不仅可以实现农业废物的再利用,还为新能源的发展开辟了新的道路。二氧化钛因其无毒、高稳定性以及优越的可逆循环性能等多重优点,从而在众多负极材料中脱颖而出,但是它的不足之处在于电导率低、锂离子传输速度慢,储锂性能较差。本文以废弃葵花籽壳为碳源,与不同形貌TiO2复合,制备锂离子电池。以生物质碳材料作为骨架有效地提高了TiO2的导电性能,两种材料的交联结构可以缩短锂离子的传输路径,提高其传输速率,在提高理论容量的同时又保持了一定的可逆循环性能。同时,农业废物的再利用实现了资源与成本的双重节约。本文借助一系列测试探究负极材料的微观表面特性和电化学性能。主要研究内容和结论如下:（1）以葵花籽壳为原料,过硫酸铵（（NH4）2S2O8）为催化剂,通过水热法制备葵花籽壳纳米碳球。采用不添加分散剂的实验方法,将钛酸四丁酯（TBT）作为钛源,制备纳米级别的中空二氧化钛粒子。通过水热复合法成功地将中空二氧化钛粒子均匀地嵌入到碳球骨架中,形成稳定的复合物结构。本文分别探究三种水热时间和三种物料比例对复合材料形貌以及性能的影响。对比分析得知,当水热时间为36 h、纳米碳球与中空TiO2的物料比为7:3时,复合材料在5 C(1 C=310.8 m Ah g-1)的倍率下进行500次充放电循环后,放电比容量仍可以稳定地维持在308 m A h g-1。（2）以钛酸四丁酯（TBT）为钛源,制备锐钛矿型TiO2前驱体,再与上述葵花籽壳纳米碳球混合,通过一步水热法,使二氧化钛纳米粒子直接生长在碳球上。为了验证水热时间对材料性能产生的影响,本文设置三种水热时间进行对比。另外,本文还使用商用P25二氧化钛粒子制备复合材料进行对比实验,目的是探究使用二氧化钛前驱体通过一步水热法制备复合材料的优越性。经测试,在水热时间为24 h时,锐钛矿型TiO2/纳米碳球复合材料的循环性能优于P25 TiO2/纳米碳球复合材料,在0.2 C倍率下循环100圈后,其放电比容量为895.3 m A h g-1,且拥有更稳定的复合结构。
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