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钛表面微弧氧化复合碳纳米管负极材料的制备及电化学性能
1
作者 郝国栋 陈欣欣 +5 位作者 董宇彪 田雪 张涵 郭昊炎 秦树森 杜永欣 《表面技术》 北大核心 2025年第15期78-85,共8页
目的通过微弧氧化技术与碳纳米管复合改性制备锂离子电池负极材料,并系统研究它对电池电化学性能的调控机制。方法采用微弧氧化技术原位制备锐钛矿相二氧化钛多孔膜层,将碳纳米管复合于二氧化钛表面,形成复合电极。通过扫描电镜、X射线... 目的通过微弧氧化技术与碳纳米管复合改性制备锂离子电池负极材料,并系统研究它对电池电化学性能的调控机制。方法采用微弧氧化技术原位制备锐钛矿相二氧化钛多孔膜层,将碳纳米管复合于二氧化钛表面,形成复合电极。通过扫描电镜、X射线衍射和拉曼光谱对材料的微观形貌和晶体结构进行表征,进一步结合恒流充放电循环、循环伏安及电化学阻抗谱测试,系统分析电极材料的储能性能、氧化还原反应特性及界面电荷传输动力学。结果扫描电镜结果显示,通过微弧氧化制备的TiO_(2)膜层呈多孔结构,孔径为2~50μm,在复合碳纳米管后,其表面形成了纳米纤维交织的导电网络。电化学测试结果表明,复合电极在电流密度100 mA/g下,第2圈的比容量达到339.26 mA·h/g,在150次循环后其容量保持率为74.3%,显著优于未复合的负极(其容量保持率为45.2%)。倍率性能测试结果显示,在10 C倍率下复合负极仍保持着251.92 mA·h/g的比容量,是0.5 C时初始容量的74.3%。结论碳纳米管与二氧化钛多孔骨架的协同作用有利于提升电极的电子导电性,抑制体积的膨胀,并通过多级孔道优化了Li+传输动力学。该研究为负极-集流体一体化电极的设计提供了新思路,未来需进一步优化碳纳米管分布均匀性,以提升长期循环稳定性。 展开更多
关键词 微弧氧化 锂离子电池负极 碳纳米管 二氧化钛 电化学性能
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双极微弧氧化多孔TiO_(2)电池负极的制备及电化学性能
2
作者 董宇彪 陈欣欣 +2 位作者 杜永欣 田雪 郝国栋 《表面技术》 北大核心 2025年第15期47-55,共9页
目的采用传统的微弧氧化技术和原创的双极微弧氧化技术,分别在钛箔表面原位生长锐钛矿相TiO_(2)基复合膜层,比较2种技术所生成的膜层对锂离子电池负极电化学性能的影响。方法通过XRD、Raman及SEM分析膜层的物相组成、化学结构及表面形... 目的采用传统的微弧氧化技术和原创的双极微弧氧化技术,分别在钛箔表面原位生长锐钛矿相TiO_(2)基复合膜层,比较2种技术所生成的膜层对锂离子电池负极电化学性能的影响。方法通过XRD、Raman及SEM分析膜层的物相组成、化学结构及表面形貌。利用图像分析软件计算孔隙率、分析循环伏安、恒电流充放电、循环稳定性及倍率性能。通过电化学阻抗谱计算锂离子扩散系数,系统评估其电化学性能。结果双极微弧氧化制备的TiO_(2)膜层以锐钛矿相为主,呈多孔结构,孔隙率为11.4%,显著优于传统微弧氧化膜层(7.9%)。电化学测试表明,在100 mA/g电流密度下,经200次循环后仍能保持192.78 mAh/g(容量保持率>95%),较传统材料(176.48 mAh/g)提升9.2%;锂离子扩散系数提高至1.26×10^(-14)cm^(2)/s(传统工艺为9.41×10^(-15)cm^(2)/s);倍率电流密度测试中,容量恢复率达99%。此外,首圈库仑效率为64.5%,后续循环均趋近100%,表明高度可逆的锂离子嵌入/脱出行为。结论双极微弧氧化技术通过优化电极微观结构与动力学性能,显著提升了TiO_(2)负极的综合性能。该工艺无需高温后处理,具有高效和低成本的优势,为开发高能量密度、长寿命锂离子电池提供了新思路。 展开更多
关键词 双极微弧氧化 负极材料 二氧化钛 锂离子电池 电化学性能
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