鋰離子電池負(fù)極材料Li4Ti5O12的制備與研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展、人類與環(huán)境和諧發(fā)展的需要以及石化能源的日益枯竭，人們對(duì)自然能源的利用及和新能源的開(kāi)發(fā)都提出了更高的要求。鋰離子電池由于具有高能量密度、高輸出電壓、循環(huán)壽命長(zhǎng)、“無(wú)記憶效應(yīng)”、自放電小、便攜環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)而在儲(chǔ)能電源和動(dòng)力電源領(lǐng)域備受人們的關(guān)注。本文詳細(xì)總結(jié)了目前鋰離子電池及其負(fù)極材料的研究現(xiàn)狀，從所述的材料可以看出，提高電池的整體性能和降低成本是鋰離子電池研究的主要方向。隨著儲(chǔ)能電源及動(dòng)力電源的發(fā)展，對(duì)鋰離子電池

2、負(fù)極材料也提出了越來(lái)越嚴(yán)格的要求，Li4Ti5O12由于具有“零應(yīng)變”的特性而頗受研究者們的青睞。它具有穩(wěn)定的放電電壓及優(yōu)良的循環(huán)性能，能夠避免電解液的分解及界面膜的生成，安全性能高，引起許多科研工作者的興趣，但該材料導(dǎo)電性能差限制了其放電容量。本文旨在改善其導(dǎo)電性，進(jìn)而得到高容量、高循環(huán)穩(wěn)定的負(fù)極材料。同時(shí)，對(duì)以鈦酸鋰為負(fù)極材料的不同正極體系下的鋰離子電池進(jìn)行研究，尋找與之相應(yīng)的較優(yōu)的正極材料體系。
　　本文以納米原料P25為鈦

3、源，采用高能球磨法與熱處理相結(jié)合的方法制備Li4Ti5O12，將Li4Ti5O12與碳納米管(CNTs)制備成復(fù)合電極，采用SEM、XRD等材料表征手段，以及交流阻抗法、循環(huán)伏安法、恒流充放電等測(cè)試手段，對(duì)材料及所制備的電極進(jìn)行分析，結(jié)果表明，在以納米鈦源為原料，最佳的處理工藝為熱處理溫度800℃，時(shí)間為8h的處理時(shí)間下，所合成的材料電化學(xué)性能最優(yōu)，具有良好的循環(huán)性能和倍率性能。在原料中引入有機(jī)碳化合物進(jìn)行摻雜，通過(guò)產(chǎn)物與摻雜物不同的比

4、例(1∶1、2∶1)進(jìn)行摻雜，結(jié)果表明，在原料中摻雜不會(huì)在所得到的樣品中引入雜質(zhì)，且適量地?fù)诫s能得到性能優(yōu)異的Li4Ti5O12樣品。通過(guò)在真空氛圍中對(duì)制備Li4Ti5O12的原料進(jìn)行不同比例(CNTs與所得產(chǎn)物質(zhì)量之比為1∶94、3∶92、5∶90、7∶88)CNTs摻雜而達(dá)到產(chǎn)物摻雜的目的，通過(guò)對(duì)產(chǎn)物性能進(jìn)行分析，結(jié)果表明，摻雜比例為7∶88的Li4Ti5O12具有較好的首次充放電性能及循環(huán)性能，首次放電容量為182.1 mAh.g

5、-1。通過(guò)在氮?dú)夥諊袑?duì)原料進(jìn)行不同比例(CNTs與所得產(chǎn)物質(zhì)量之比為1∶94、3∶92、5∶90、7;88)碳納米管摻雜和有機(jī)碳源摻雜，結(jié)果表明，以3∶92的比例進(jìn)行碳納米管摻雜時(shí)，摻雜效果最好，首次放電容量約為200.0mAh.g-1，在不同放電倍率下進(jìn)行循環(huán)充放電測(cè)試，放電容量無(wú)衰減，體現(xiàn)了良好的循環(huán)性能。以有機(jī)碳源進(jìn)行原料摻雜，摻雜比例越大，得到的材料顆粒越小，且材料具有良好首次充放電性能及循環(huán)性能。通過(guò)固相法制備了三元層狀結(jié)構(gòu)