新型高性能鈦酸鋰負(fù)極材料制備及其電化學(xué)性能研究.pdf_第1頁(yè)
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1、目前鋰離子電池采用的石墨負(fù)極材料不可逆容量損失較大,而且存在嚴(yán)重的安全隱患。尖晶石鈦酸鋰負(fù)極材料作為一類(lèi)具有優(yōu)異安全性能的材料,且大多具有“零應(yīng)變”特性,使其受到了普遍關(guān)注。然而,材料制備面臨成本和電化學(xué)性能特別是高倍率下的電化學(xué)性能難以協(xié)調(diào)等問(wèn)題,限制了其應(yīng)用領(lǐng)域和范圍。本文旨在采用工業(yè)上常用的高溫固相法,以制備出廉價(jià)的高性能材料,為擴(kuò)大鈦酸鋰負(fù)極材料的應(yīng)用提供技術(shù)參考。
  首先,針對(duì) Li4Ti5O12材料大倍率性能差的缺陷

2、,設(shè)計(jì)了高溫碳熱還原法制備改性Li4Ti5O12產(chǎn)物,通過(guò)對(duì)合成工藝的優(yōu)化,主要研究了改性Li4Ti5O12材料的電化學(xué)性能,并與未改性 Li4Ti5O12材料進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明,碳熱還原改性使目標(biāo)產(chǎn)物中引入Ti3+離子,一方面能明顯提高材料電子電導(dǎo)率,降低電荷轉(zhuǎn)移電阻;另一方面還能增加材料單相脫嵌鋰區(qū)域,提高鋰離子擴(kuò)散擴(kuò)散系數(shù),明顯提高改性材料的電化學(xué)性能。
  其次,針對(duì)LiTi2O4純相產(chǎn)物難以制備,且易被空氣氧化等問(wèn)題,提

3、出采用固相原位碳熱還原法制備純相LiTi2O4材料,重點(diǎn)研究了降溫速率、燒結(jié)時(shí)間、燒結(jié)溫度、物料配比等因素對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物物相純度的影響。研究顯示,快速降溫工藝能消除合成藍(lán)色LiTi2O4產(chǎn)物中的Li2Ti3O7物相和少量未知雜質(zhì)相。此外,合成LiTi2O4產(chǎn)物的燒結(jié)時(shí)間、燒結(jié)溫度、物料配比等反應(yīng)條件均存在一個(gè)臨界值,當(dāng)反應(yīng)所選條件超過(guò)其值后對(duì)提高目標(biāo)產(chǎn)物合成純度意義不大。
  最后,尖晶石LiCrTiO4作為L(zhǎng)iTi2O4的擬似物,具

4、有高的電子電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散系數(shù),卻鮮有對(duì)其進(jìn)行倍率性能研究或改性研究的報(bào)道。據(jù)此,采用高溫固相法一步反應(yīng)制備了無(wú)碳包覆和碳包覆 LiCrTiO4產(chǎn)物,研究了兩種材料的倍率性能、循環(huán)性能,并比較了它們的充放電極化,鋰離子擴(kuò)散能力、電子導(dǎo)電率和相轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)。結(jié)果表明,碳包覆在宏觀上能提高電極材料電子電導(dǎo)率;反之,在微觀上能提供更多的電活性接觸位,促進(jìn)兩相轉(zhuǎn)變。此外,可采取兩種措施顯著提高 LiCrTiO4材料的倍率性能,一是縮短兩相界面擴(kuò)

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