【摘 要】
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作为电动工具、便携式设备和汽车的配套,锂离子电池（LIBs）逐渐成为电源市场的一种主流产品。负极材料不仅仅是电池中不可或缺的一部分,更是对电池的性能与成本有着极其深远的影响。其中二氧化钛由于其良好的稳定性、低体积膨胀（3～4%）、安全性高和低费用被视为最有潜力取代石墨基负极的材料。但其本征电子导电性差,Li+/Na+在TiO2中的扩散缓慢,限制了其实际应用。在本论文中,成功地将小型锐钛矿型TiO2
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作为电动工具、便携式设备和汽车的配套,锂离子电池（LIBs）逐渐成为电源市场的一种主流产品。负极材料不仅仅是电池中不可或缺的一部分,更是对电池的性能与成本有着极其深远的影响。其中二氧化钛由于其良好的稳定性、低体积膨胀（3～4%）、安全性高和低费用被视为最有潜力取代石墨基负极的材料。但其本征电子导电性差,Li+/Na+在TiO2中的扩散缓慢,限制了其实际应用。在本论文中,成功地将小型锐钛矿型TiO2纳米颗粒沉积在碳纳米笼（CNC）框架上（TiO2/CNC）,作为锂离子电池和钠离子电池的负极材料。由于CNC具有较高的比表面积和介孔体积,因此可以在CNC框架表面沉积更多的TiO2。因此,制备了粒径极小（平均直径约7 nm）的TiO2纳米粒子,从而使得TiO2/CNCs获得较高比表面积(300 m~2 g-1)和介孔孔容(0.4 cm~3g-1),增强了Li+/Na+的储存场所并缩短了Li+/Na+的扩散路径,从而作为负极材料实现了锂离子和钠离子电池应用的高性能表现:锂离子电池电流密度为0.1 A g-1下,比容量为471 m Ah g-1;电流密度为3 A g-1下,比容量为180 m Ah g-1。钠离子电池:电流密度为0.1 A g-1下,比容量为250 m Ah g-1;电流密度为3 A g-1下,比容量为115 m Ah g-1。该电极材料具有高循环稳定性,经过在5 A g-1的电流密度下循环1500次后,锂离子电池和钠离子电池的容量保持率分别为93%和91%。由于新型纳米结构,这种TiO2/CNPs可以扩展到制造各种类型的功能性纳米材料,以广泛应用于储能、燃料电池、催化或超级电容器。
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